Аллостерические ферменты; ковалентная модификация ферментов.

Існують два принципових шляхи регуляції інтенсивності, або швидкості біохімічних ферментативних реакцій:

А — через зміну каталітичної активності ферменту.

Б — через зміну кількості ферменту (або ферментів), що визначають перебіг ферментативного процесу.

А. Перший шлях регуляції передбачає наявність у ферментному пулі клітини спеціальних регуляторних ферментів, які містяться звичайно на головних, ключових ланках метаболізму. Цей шлях забезпечує термінову адаптацію ферментного апарату організму і реалізується протягом декількох секунд або хвилин —механізм “швидкого реагування”. Існують чотири основних механізми регуляції каталітичної активності ферментів

1. Алостерична регуляція активності ферментів.

2. Регуляція активності ферментів за рахунок їх ковалентної модифікації.

3. Активація ферментів шляхом обмеженого протеолізу.

4. Активація та гальмування активностей ферментів за допомогою особливих регуляторних білків.

Алостеричні ферменти — це різновид регуляторних ферментів, що, крім активного центру, мають додатковий регуляторний (алостеричний) центр, з яким взаємодіють алостеричні регулятори (ефектори, модулятори). Алостеричні ефектори можуть бути як позитивними, тобто такими, що збільшують каталітичну активність ферменту (алостеричні активатори), так і негативними, тобто такими, що її гальмують (алостеричні інгібітори). За своєю молекулярною будовою алостеричні регуляторні ферменти складаються, як правило, з декількох поліпептидних ланцюгів, тобто мають четвертину структуру. Активний та регуляторний (алостеричний) центри локалізуються на різних білкових субодиницях — каталітичній та регуляторній, відповідно. Модифікація каталітичної активності такого ферменту здійснюється шляхом передачі на каталітичні субодиниці конформаційних змін із регуляторних субодиниць, які відбуваються в останніх після взаємодії з ліганда-

ми — ефекторами. існують два фізичних стани алостеричного ферменту, що відрізняються своєю конформацією та каталітичною активністю: каталітичний (релаксований) стан (R-стан — relaxed, англ.) та інгібірований

(напружений) стан (T-стан — tensed, англ.) Зворотний перехід між R- та T-станами залежить від взаємодії ферменту з алостеричними ефекторами (активатором або інгібітором, відповідно), які, взаємодіючи з місцями зв’язування на регуляторній субодиниці ферменту, стабілізують його молекулу в одному з конформаційних станів. Алостеричні ферменти каталізують біохімічні реакції, що знаходяться, як правило, на початку нерозгалужених або розгалужених метаболічних шляхів. При цьому модуляторами цих ферментів можуть бути як їх власні субстрати — гомотропні регуляторні ферменти, так і інші хімічні ефектори, зокрема кінцеві продукти багатоступеневого біохімічного процесу — гетеротропні регуляторні ферменти. прикладом ферменту з алостеричним механізмом регуляції є аспартаткарбамоїлтрансфераза (АКТ-аза) ЦТФ — кінцевий продукт біосинтезу — є

алостеричним інгібітором АКТ-ази, що переводить фермент у неактивну Т-форму; АТФ — продукт біосинтезу пуринів та показник високого енергетичного стану клітини — є алостеричним активатором ферменту, що переводить його в активну R-форму.

Ковалентна модифікація ферментів

Постсинтетична ковалентна модифікація ферментних білків є одним із поширених механізмів контролю за перебігом метаболічних процесів. Шляхами такої модифікації є зворотне фосфорилювання-дефосфорилювання (найбільш поширений механізм регуляції), метилування, аденілування, АДФ-рибозилювання білків-ферментів.

Фосфорилюють білки спеціальні ферменти протеїнкінази (протеїнфосфокінази), що за рахунок кінцевого (γ-) фосфату АТФ здійснюють фосфорилювання серинового чи треонінового (деякі протеїнкінази — тирозинового) радикалу відповідного білка: Зворотна реакція — дефосфорилювання білків — каталізується протеїнфос-

фатазами: Субстратами протеїнкіназ є численні ферментні білки (глікогенфосфорилаза, кіназа фосфорилази b, глікогенсинтетаза, тригліцеридліпаза, піруватдегідрогеназа, ацетил-КоА-карбоксилаза тощо), деякі білки мембранних каналів, гістони хроматину тощоФосфорилювання багатьох білків-ферментів трансформує їх у каталітичноактивну форму (фосфорилювання глікогенфосфорилази, кінази фосфорилази b,тригліцеридліпази тощо); фосфорилювання інших ферментних білків (глікогенсинтетази, β-ГОМК-редуктази) є, навпаки, механізмом їх інактивації. Швидкість фосфорилювання-дефосфорилювання білків коливається, як правило, в межахвід декількох секунд до декількох хвилин, відповідно до необхідності включенняабо виключення певної фізіологічної функції клітини.У регуляції численних біохімічних функцій та фізіологічних процесів бере участьунікальна протеїнкіназа, що активується циклічним аденозинмонофосфатом(цАМФ) — вторинним посередником у дії на клітину багатьох фізіологічно активних сполук

Дата добавления: 2015-11-14