Глутатион является одним из основных внутриклеточных антиоксидантов, выполняющих важную роль в функционировании клеток. В клетках млекопитающих он синтезируется в цитозоле посредством двух последовательных АТP зависимых реакций, катализирующихся глутамат цистеин лигазой (GCL) и глутатион синтетазой (GS). Наибольший интерес представляет изучение GCL, так как активность данного фермента наряду с концентрацией цистеина являются лимитирующими факторами биосинтеза глутатиона. При повышении внутриклеточной концентрации глутатиона скорость его синтеза существенно снижается за счёт ингибирования GCL по отрицательной обратной связи. По результатам различных экспериментальных исследований кинетики глутамат-цистеин лигазы было высказано несколько предположений о порядке присоединения субстратов в ходе протекания реакции, предусматривающих как первичное связывание ATP и случайное присоединение оставшихся субстратов, так и полностью случайное связывание субстратов, наряду с упорядоченным механизмом. Для разрешения неопределенности в выборе возможного механизма работы фермента в данной работе при моделировании активности глутамат цистеин лигазы применялся стохастический алгоритм на основе марковских цепей с непрерывным временем. Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод, что только механизм, предусматривающий первичное связывание с ATP, позволяет получить значение для скорости реакции, согласующееся с экспериментально измеренной при физиологических уровнях субстратов активностью глутамат-цистеин лигазы эритроцитов человека. Кроме того, моделирование биосинтеза глутатиона в предположении, что происходит насыщение по ATP, не отвечает физиологическим условиям. При этом наибольшее влияние концентрация молекул ATP на скорость работы глутамат-цистеин лигазы будет оказывать в условиях, приводящих к нарушению биохимических путей выработки ATP.

Glutathione is one of the main intracellular antioxidants that play an important role in cell functioning. In mammalian cells it is synthesized in the cytosol via two successive ATP dependent reactions catalyzed by glutamate-cysteine ligase (GCL) and glutathione synthetase (GS). The study of GCL is of greatest interest, since the activity of this enzyme, along with the cysteine concentration, are limiting factors of the glutathione biosynthesis. Also, with an increase in the glutathione intracellular concentration, the rate of its synthesis is significantly reduced due to GCL feedback inhibition. Based on the results of various experimental studies of the glutamate-cysteine ligase kinetics several assumptions about the order of substrate binding during the reaction have been made. They include both primary ATP binding with random binding of glutamate and cysteine, and completely random binding of substrates. In this work we use a stochastic algorithm based on continuous-time Markov chains to resolve the uncertainty in the choice of a possible enzyme mechanism. Based on the obtained results it can be concluded that only the mechanism involving the primary ATP binding allows obtaining a value for the reaction rate that is consistent with the experimentally measured activity of human erythrocyte glutamate-cysteine ligase at physiological levels of substrates. Moreover, modeling of glutathione biosynthesis under the assumption of ATP saturation does not correspond to physiological conditions. Herewith the concentration of ATP molecules can have the greatest effect on the glutamate-cysteine ligase activity under conditions that lead to disruption of the biochemical pathways of ATP production.