19. Способы регулирования активности ферментов.

1)Аллостерическая регуляция сопровождается изменением сродства фермента к субстрату без изменения максимальной скорости реакции. Это очень распространенная и чувствительная регуляция. Аллостерическая регуляция. Фермент изменяет активность с помощью нековалентно связанного с ним эффектора. Связывание происходит в участке, пространственно удаленном от активного (каталитического) центра (allos - иной). Это связывание вызывает конформационные изменения в молекуле белка, приводящие к изменению определенной геометрии каталитического центра. Активность может увеличиться - это активация фермента, или уменьшиться - это ингибирование.

«Сообщение» о присоединении аллостерического активатора передается посредством конформационных изменений каталитической субъединице, которая становится комплементарной субстрату, и фермент «включается». При удалении активатора фермент вновь переходит в неактивную форму и «выключается». Аллостерическая регуляция является основным способом регуляции метаболических путей.

Широко представлены такие коферменты как АМФ, АДФ, АТФ, НАД, НАДН, НАДФ, НАДФН, лимонная кислота, ацетил-KoA и ряд других, которые одновременно являются субстратами, продуктами и регуляторами ферментативных реакций.

Регуляция активности ферментов происходит также ковалентной модификацией. Открытие этого пути – важнейшее достижение биохимии. Активирование и ингибирование активности ферментов фосфорилированием их киназами, участие циклической АТФ в процессах действия гормонов, наличие специфических рецепторов гормонов в мембранах клеток – все это является новым этапом в изучении регуляции обмена веществ.

Общая схема регуляции при этом заключаются в следующем: циклический АМФ (ц-АМФ) присоединяется к регуляторной субъединице, что ведет к освобождению его активной каталитической субъединицы, то есть концентрация ц-АМФ, его образование под влиянием циклазы и расщепление под влиянием фосфодиэстеразы лежат в основе регуляции целого ряда путей обмена веществ. Фосфорилирование также является распространенным механизмом регулирования активности ферментов обмена веществ.

Гормональная регуляция активности ферментов заключается в том, что имеется связь между влиянием гормонов на процессы транскрипции и модификацией негистоновых белков ядра. Гормоны могут выступать как эффекторы (сенсорные участки) ДНК и т.д.

Нервная регуляция активности ферментов изучается давно (обмен веществ). На животных с перерезкой нервов доказано, что при этом ряд ферментов мышечной ткани меняет свои свойства.

2) Регуляция на генетическом уровне- изменение скорости биосинтеза белка.

. С этой точки зрения ферменты можно подразделить на три группы:

1. Конституитивные – такие ферменты, которые образуются в клетке постоянно.

2. Индуцируемые (адаптивные) – синтез этих ферментов возрастает при наличии соответствующих стимулов (индукторов).

3. Репрессируемые – образование таких ферментов в клетке при необходимости подавляется. 

Изменение скорости синтеза фермента обычно зависит от количества определенных гормонов или субстратов реакции, например:

• исчезновение пищеварительных ферментов при длительном голодании и их появление в восстановительный период (в результате изменения секреции кишечных гормонов),

• при беременности и после родов в молочной железе активно идет синтез фермента лактозосинтазы под воздействием лактотропного гормона,

• гормоны глюкокортикоиды стимулируют синтез ферментов глюконеогенеза, что обеспечивает стабильность концентрации глюкозы в крови при длительном голоданиии и устойчивость ЦНС к стрессу,

• токсические субстраты этанол и барбитураты стимулируют в печени синтез "своего" изофермента цитохрома Р₄₅₀, который окисляет и обезвреживает эти вещества.

3) Филогенетически наиболее старый уровень – Автономная саморегуляция ферментов.

Автономная саморегуляция- это регуляция, которая происходит благодаря только самим участникам реакции, то есть за счет фермента, его субстрата (или субстратов) и/или продуктов деятельности данного фермента. Фермент не только работает, но еще и сам себя регулирует.

4. Ковалентная (химическая) модификация

Ковалентная модификация заключается в обратимом присоединении или отщеплении определенной группы, благодаря чему изменяется активность фермента. Чаще всего такой группой является фосфорная кислота, реже метильные и ацетильные группы. Фосфорилирование фермента происходит по остаткам серина и тирозина. Присоединение фосфорной кислоты к белку осуществляют ферменты протеинкиназы, отщепление – протеинфосфатазы.

Ферменты могут быть активны как в фосфорилированном, так и в дефосфорилированном состоянии. Например, в мышцах ферменты гликогенфосфорилазаи гликогенсинтаза

• при нагрузке фосфорилируются, при этом фосфорилаза гликогена становится активной и начинает расщепление гликогена и сжигание глюкозы, а гликогенсинтаза при этом неактивна.

• во время отдыха при синтезе гликогена оба фермента дефосфорилируются, синтаза при этом становится активной, фосфорилаза – неактивной

Пример. Регуляция активности ферментов путем фосфорилирования-дефосфорилирования. Фермент изменяет активность в результате ковалентной модификации. `

В этом случае фосфатная группа - ОРО₃^2- присоединяется к гидроксильным группам в остатках серина, треонина или тирозина. В зависимости от природы фермента фосфорилирование может его активировать или, наоборот, инактивировать. Реакция присоединения фосфатной группы и ее отщепление катализируют специальные ферменты - протеинкиназы и протеинфосфатазы.

Фосфорилирование - распространенный способ изменить свойства некоторых клеточных белков. Так, при фосфорилировании компонентов цитоскелета (комплекса структурных белков, обеспечивающих поддержание прочности и функционирования клетки) изменяются прочность его взаимодействия с мембраной и форма клеток. Фосфорилирование белков - регуляторов сокращения активирует сократительную реакцию мышцы.