Регуляция активности ферментов

Активация проферментов. Происходит путем отщепления части полипептидной цепи от молекулы предшественника с образованием активного центра фермента. Этот путь характерен для протеолитических ферментов, которые синтезируются в неактивной форме (проферменты) в желудке и поджелудочной железе и участвуют в переваривании белков. Синтез в виде проферментов исключает самопереваривание органов. Например, в поджелудочной железе вырабатывается химотрипсиноген. В кишечнике под действием трипсина происходит последовательно отщепление 2-х дипептидов и образуются три полипептидные цепи, соединенные дисульфидным мостиками. Это изменяет конформацию молекулы и формирует ее активный центр, в состав которого входит серин, гистидин и аспарагиновая кислота.

Рис. 3.6. Влияние неконкурентных ингибиторов на скорость реакции.

Химическая модификация. Заключается в присоединении к ферменту или отщеплении от него низкомолекулярной молекулы (чаще фосфорной кислоты), при котором происходит активация или ингибирование фермента. Например, фермент, участвующий в синтезе гликогена – гликогенсинтаза – при присоединении фосфорной кислоты становится неактивным, а фермент распада гликогена – фосфорилаза – активным.

Аллостерическая регуляция. Происходит путем присоединения к аллостерическому центру фермента эффекторов – активаторов и ингибиторов. Если в роли активатора выступают молекулы субстрата – гомотропная активация, если какой-то другой метаболит – гетеротропная. Для аллостерических ферментов кривая насыщения субстратом представляет собой сигмоидную кривую, а не гиперболу как для нерегуляторных ферментов.

Кооперативный эффект характерен для белков в четвертичной структуре. Субъединицы белка в четвертичной структуре могут находиться в 2-х конформациях: R и Т. Конформация R (relax – расслабление) обладает высоким сродством к субстрату, конформация Т (tense – напряженная) – низким сродством. Формы R и Т могут переходить друг в друга.

Предложено 2 модели кооперативного эффекта.

Симметричная модель (Ж.Моно, Д.Уайман, Ж.-П.Шанжё): субъединицы должны находится в одном и том же конформационном состоянии. Таким образом разрешены состояния RR и ТТ и не разрешено состояние RT. В отсутствие субстрата почти все молекулы фермента находятся в Т-форме. Добавление субстрата приводит к переходу T-формы в R-формы одновременно всех субъединиц. Аллостерический ингибитор связывается преимущественно с Т-формой и ее стабилизирует; аллостерический активатор связывается преимущественно с R-формой.

Последовательная модель (Д.Кошланд). Согласно этой модели каждая субъединица может существовать в одном из возможных конформационных состояний (R или Т). Связывание субстрата изменяет форму той субъединицы, к которой он присоединяется. Конформация другой субъединицы при этом не меняется. Конформационные изменения, вызванные связыванием субстрата на одной субъединице, могут увеличить или уменьшать сродство к субстрату другой субъединицы той же молекулы фермента.

Регуляция активности по принципу обратной связи (ретроингибирование). Во многих биосинтетических процессах основным типом регуляции скорости многоступенчатого процесса является ингибирование по принципу обратной связи, когда конечный продукт подавляет активность первого фермента.

Активация предшественником (форактивация)– первый метаболит в многоступенчатом процессе активирует фермент, катализирующий последнюю стадию.