Метаболона — это временный структурно-функциональный комплекс, сформированный ферментами одного метаболического пути, которые удерживаются вместе нековалентными взаимодействиями, а также структурных элементов клетки, таких как интегральные мембранные белки и белки цитоскелета.

Концепция структурно-метаболических клеточных комплексов была впервые сформирована А. М. Кузиным с АН СССР в 1970 г.. И была адаптирована в 1972 г.. П. А. Шрером (PA Srere, University of Texas) для ферментов цикла трикарбоновых кислот. Эта гипотеза была хорошо воспринята в СССР и в дальнейшем развита для комплекса гликолитических ферментов Б. И. Курганов и А. Е. Любаров. Сам термин «метаболона» был предложен П.Шрером в 1985 г.. На лекции в Дебречен (Debrecen), Венгрия.

Формирование метаболона обеспечивает:

  • переход (канализацию) промежуточных продуктов из одного фермента к другому, для которого этот продукт будет уже субстратом;
  • формирования микроокружения, в котором концентрация субстратов значительно повышается;
  • эффективную и направленную регуляцию клеточного метаболизма

Для цикла Кребса показано, что при формировании метаболона уменьшается количество воды, необходимой для гидратации ферментов, и повышается ферментативная активность.

В эритроцитах предполагается сборник ансамблей гликолитических ферментов на интегральном белка — белка полосы 3, что обеспечивает транспорт анионов через мембрану. Роль якорного площадки отводится именно этому белку, поскольку известна его способность связывать фруктозобисфосфат-альдолазы, глицеральдегидфосфатдегидрогеназу и 6-фосфофруктокиназы. Более того, предложенная гипотетическая структура гликолитического метаболона. Начальной стадией его сборки считается посадка 6-фосфофруктокиназы белком полосы 3; также в уборке участвуют цитоскелет мембраны эритроцитов. Участие подложки определяет однозначность сборки гликолитического метаболона. Кроме этого, предложена структура метаболона, сочетающий ферменты цикла Кребса: он собирается из индивидуальных ферментов на внутренней мембране митохондрий; ключевую роль при этом играет адсорбция α-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса на мембране. В состав якорной участка входит один из ферментов цикла Кребса — сукцинатдегидрогеназа, интегральный белок внутренней мембраны митохондрий.

Более того, учеными Сибирского института физиологии и биохимии растений (Сибирское отделение РАН) выдвинута гипотеза об изменении мРНК мембранных субъединиц белков и образования висококонсервативних лейцинових повторов при экспрессии белков в митохондриях. Этот механизм обеспечивает формирование сайтов узнавания, которые участвуют в сборе мультиферментных комплексов внутренней мембраны митохондрий.

Кроме ферментов гликолиза и цикла Кребса, метаболона формируют дыхательную цепь переноса электронов, синтазы жирных кислот, пируватдегидрогеназный комплекс. Однако практически все биосинтетические пути и много путей катаболизма могут использовать метаболона:

Метаболические пути, в которых, возможно, формируются метаболона
Метаболический путь Факты, поддерживают формирование метаболона
биосинтез ДНК A, B, C, E, F
биосинтез РНК A, B, C, E, F
биосинтез белка A, B, C, D, E
биосинтез гликогена C, E
биосинтез пиримидинов A, C, D, F
биосинтез пуринов A, E
биосинтез липидов A, B, C, H
биосинтез стероидов A, C, E
метаболизм аминокислот A, B, D, H
гликолиз A, B, C, D, I
цикл трикарбоновых кислот B, C, D, E, G
окисления жирных кислот A, B, C, D
перенес электронов C, I
биосинтез антибиотиков A, E
цикл мочевины B, D
деградация цАМФ A, D, E
A — Канализация, B — специфические белок-белковые взаимодействия, C — специфические белок-мембранные взаимодействия, D — кинетические эффекты, E — идентифицированы Мультиферментный комплексы, F — генетические доказательства, G — показано в модельных системах, H — идентифицированы мультифункциональные белки, I — физико-химические доказательства