РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

Большинство ферментов синтезируется в неактивном состоянии в виде проферментов (зимогенов), в этой форме ферменты существуют часть своей жизни. Активность фермента проявляется только при выполнении определенных условий в клетке:

1. наличие кофакторов (ионов металлов, синтезированных коферментов, простетических групп);

2. наличие субстратов фермента;

3. наличие эффекторов фермента: аллостерические активаторы, ферменты фосфорилирования (протеинкиназы), дефосфорилирования (протеинфосфатазы);

4. отсутствие ингибиторов активной формы фермента;

5. наличие энергоисточников, либо доноров фосфатной группы (эту функцию, большей частью, берет на себя АТФ);

6. создание оптимальных условий по температуре и рН среды;

7. постоянное удаление продуктов ферментативной реакции из окружающей фермент среды, если реакция обратимая.

В конформации белковой молекулы зимогена (профермент; неактивная форма фермента) активные центры отсутствуют, их образование может происходить через механизмы активации:

1. отщепление олигопептида от профермента (ограниченный протеолиз; примеры: образование пепсина, трипсина);

2. образование дополнительных -S-S- связей, делающее доступным активный центр;

3. образование комплекса с ионами металлов;

4. ковалентная модификация зимогена путем фосфорилирования (функция протеинкиназы) или дефосфорилирования (функция протеинфосфатазы) - активно используется для регуляции ключевых ферментов процессов в клетке (примеры: гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза в обмене гликогена, пируватдегидрогеназа митохондрий, бета-гидрокси-бета-метилглутарил-КоА-редуктаза в синтезе холестерина);

5. аллостерическая активация зимогена.

Последний тип механизма активации наиболее распространен у живых организмов и позволяет регулировать активность ключевых (главных) ферментов процессов обмена веществ. Эти ферменты наряду с активными центрами имеют также аллостерические (один или больше по количеству) центры.

Аллостерический центр – это структурный фрагмент белковой молекулы регуляторного фермента, который пространственно разделен с активным центром и выполняет задачу контакта с веществами-ингибиторами или –активаторами (их ещё называют аллостерическими эффекторами). В результате такого контакта происходят конформационные изменения в молекуле белка-фермента. Суть аллостерического ингибирования или активирования изложена на рисунке 26.

Роль аллостерического ингибитора иногда может выполнять субстрат при его концентрации большей концентрации полного насыщения активных центров фермента. В качестве примера рассмотрим главный регуляторный фермент гликолиза - фосфофруктокиназу I (ФФК I), катализирующую реакцию:

 

Фруктозо-6-Ф + АТФ → фруктозо-1,6-ди-Ф + АДФ, где Ф - фосфат

 

Фосфофруктокиназа I является фосфотрансферазой, переносящей остаток фосфорной кислоты с АТФ на фруктозо-6-фосфат: при малой концентрации АТФ в цитоплазме АТФ является субстратом, присоединяющимся к активному центру фермента. При увеличении концентрации АТФ происходит полное насыщение активных центров фермента молекулами субстратов, и поэтому АТФ начинает присоединяться к аллостерическому центру ФФК I, останавливая действие фермента и весь процесс гликолиза.

Аналогичную функцию может выполнять восстановленная форма кофермента дегидрогеназы: в качестве примера рассмотрим изоцитратдегидрогеназу цикла Кребса. Данный фермент имеет несколько аллостерических центров:

· для активаторов - катионов Mg2+, Mn2+ и АДФ

· для ингибиторов - АТФ и НАДН.

Последние вещества выполняют функцию аллостерического ингибитора изоцитратдегидрогеназы только при условии их накопления в матриксе митохондрий, где локализован фермент.

Следует также отметить, что часто концентрация зимогена может быть изменена на уровне регуляции таких процессов, как транскрипция и трансляция. Это связано с тем, что скорость формирования полипептидных цепей профермента (зимогена) может зависеть от многих экзогенных (внешних) факторов воздействия на живую клетку, к которым она должна быть адаптирована. Если концентрация фермента регулируется на уровне транскрипции и трансляции, его называют индуцированным ферментом.

 

    АЛОСТЕРИЧЕСКИЕ АКТИВАТОРЫ ИНГИБИТОРЫ  
Связывание с аллостерическим центром фермента (слабые взаимодействия!) Конформационные изменения в молекуле фермента    
Функциональные группы активного центра занимают наиболее выгодное положение по отношению к молекуле субстрата   Меняется конформация активного центра, либо происходит полное разрушение активного центра
Снижается время формирования ES и время достижения переходного состояния Увеличивается время ориентации E и S, время их контакта (частичное ингибирование), либо субстрат не может присоединиться к активному центру.
     
  Появление (увеличение) активности фермента   Снижение активности (частичное ингибирование), либо полное отсутствие активности
         

Рис. 26. Механизм действия аллостерических эффекторов

 

Ретроингибирование. Конечный продукт реакции (или процесса) может выполнять функцию аллостерического ингибитора. Примеры:

· Синтез гема, который является небелковой частью гемоглобина, либо цитохромов, начинается с функции δ-аминолевулинатсинтетазы, синтезирующей δ-аминолевулиновую кислоту из активного ацила янтарной кислоты (сукцинил-КоА) и глицина. Из этого продукта через ряд последовательных превращений образуется гем. Избыток молекул гема связывается с аллостерическим центром выше указанного фермента, меняет его конформацию и останавливает действие δ-аминолевулинатсинтетазы.

· Холестерин – продукт синтеза холестерина при условии его накопления в клетке начинает выполнять функцию аллостерического ингибитора ключевого фермента синтеза – бета-гидрокси-бета-метил-глутарил-КоА-редуктазы.

· Продукт оксилительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты – ацетил-КоА. При его накоплении в матриксе митохондрий выполняет функцию аллостерического ингибитора пируватдегидрогеназного комплекса.

· Синтез пиримидиновых нуклеотидов останавливается при накоплении УТФ и ЦТФ, так как они начинают выполнять функцию аллостерических ингибиторов карбамоилфосфатсинтетазы II, с функции которой начинается данный синтез.

Другие типы ингибирования представлены в таблице 2. Изучение различных факторов регуляции активности ферментов является первоосновой для понимания поведения любого фермента in vivo в норме, а также при возникновении различных заболеваний. Выбор врачом путей лечения патологического процесса и приведения его к норме во многом зависит от знаний о роли, регуляции активности тех ферментов, функция которых нарушена при заболевании. Для специалистов в области фармации данный раздел является основополагающим в разработке стратегии выбора синтетических органических соединений, которые могут быть использованы в качестве потенциальных лекарственных средств. Механизм действия таких препаратов может быть направлен на:

· индукцию синтеза определенных ферментов в организме, если у пациента этот синтез снижен (пример: фенобарбитал – индукция синтеза УДФ-глюкуронилтрансферазы у новорожденных с физиологической желтухой);

· ингибирование активности фермента микроорганизма-возбудителя заболевания (сульфаниламидные препараты – конкурентные ингибиторы ферментов синтеза фолиевой кислоты из пара-аминобензойной кислоты у бактерий);

· обеспечение антивитаминной функции – (дикумарол, варфарин, тромексан – антагонисты витамина К, они снижают скорость гамма-карбоксилирования остатков глутаминовой кислоты в реакциях синтеза факторов свертывания крови II, VII, IX, X, так как фермент карбоксилирования ошибочно использует эти вещества в качестве простетической группы вместо витамина К);

· ингибирование активности фермента ткани человека с целью снижения образования продукта реакции, накопление которого ассоциируется с развитием заболевания (аллопуринол – конкурентный суицидный ингибитор ксантиноксидазы, катализирующей образование мочевой кислоты, накопление которой в тканях человека в виде солей уратов провоцирует развитие подагры).

Таблица 2








Дата добавления: 2017-09-19; просмотров: 2389;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.