Интенсивная регуляция каталитической активности ферментов регуляция активности

Интенсивная регуляция каталитической активности ферментов – регуляция активности уже синтезированных ферментов - осуществляется путем: v аллостерической регуляция; v ковалентной модификации молекулы фермента; v ограниченного протеолиза и др.

Аллостерическая регуляция. С аллостерическим центром фермента могут нековалентно связываться низкомолекулярные вещества – эффекторы.

В результате взаимодействия с эффектором изменяется пространственная структура фермента (и самого активного центра) Изменяется активность фермента ü либо увеличивается, ü либо уменьшается.

Неактивный фермент Алл. Ц Акт. Ц Аллостерический центр фермента занят эффектором + эффектор Произошло изменение структуры активного центра + субстрат

Аллостерические эффекторы бывают: v отрицательные, или ингибиторы – снижают активность; v положительные, или активаторы – повышают активность. Аллостерические эффекты бывают: v гомотропные – аллостерический эффектором является субстрат v гетеротропные – аллостерическим эффектором является «не субстрат»

Ферменты, активность которых регулируется аллостерически, называются аллостерическими ферментами. Аллостерическая регуляция ферментов обратима.

Аллостерические ферменты – олигомерные ферменты. Возможны 2 конформации: R (relaxed) – расслабленное – активное состояние – высокое сродство к субстрату; Т (tensed) – напряженное – неактивное состояние – низкое сродство к субстрату. R↔T – активная и неактивная формы аллостерических ферментов находятся в равновесном состоянии.

Аллостерический активатор – стабилизирует R-состояние. v Аллостерический ингибитор – смещает равновесие в сторону Т-состояния. v Субстрат смещает равновесие в сторону Rсостояния, т. е. гомотропный аллостерический эффект всегда положительный.

Аллостерическая регуляция метаболических путей v Ретро-ингибирование (ингибирование по принципу обратной связи) При увеличении концентрации продукта F происходит аллостерическое ингибирование первого фермента метаболического пути.

v Активация предшественником При появлении первого субстрата А происходит аллостерическая активация ферментов, катализирующих ключевые реакции заключиительных этапов метаболизма.

Фруктозо-1, 6 -дифосфат Активация пируваткиназы Ретроингибирование фосфофруктокиназы и пируваткиназы АТФ

Регуляция активности путем ковалентной модификации При ковалентной модификации ферментов изменяется конформация молекулы. В результате этого активность фермента увеличивается или уменьшается.

Виды ковалентной модификации: v фосфорилирование, ферменты: киназы, переносят Фн от АТФ; v дефосфорилирование, ферменты: фосфатазы, гидролизуют Фн; v метилирование и деметилирование, ферменты: метилазы/деметилазы, донор СН 3 -группы – Мет;

гликозилирование и дегликозилирование, ферменты: гликозилтрансферазы, переносят остатки моно- и олигосахаридов; v аденилирование и деаденилирование, ферменты: аденилаттрансферазы, переносят АМФ от АДФ. v А также: гидроксилирование по остаткам Про и Лиз; карбоксилирование остатков Глу и Асп; карбоксилирование ацетилирование; уридинилирование и др.

Регуляция активности ферментов путем фосфоридирования/дефосфорилирования

Регуляция активности ферментов путем ограниченного протеолиза Осуществляется переход ферментов из неактивной формы в активную.

Многие ферменты синтезируются в неактивной форме – зимогены, или проферменты. Активация происходит в результате вырезания одного или нескольких аминокислотных остатков из полипептидной цепи. Процесс ограниченного протеолиза катализируют ферменты: специфические протеазы.

Тир-146 Тир-147 Асн-148 Иле-16 (S-S)4 Арг-15 Сер-14 S Ала-149 Асн-СООН Лей-13 NH 2 -Цис Химотрипсиноген (246 ак) Место действия специфических протеаз

Тир-СООН Тир-147 Асн-148 (S-S)4 Иле-NH 2 Арг-15 Сер-14 S Ала-NH 2 Асн-СООН Лей-COOH NH 2 -Цис Химотрипсин В результате ограниченного протеолиза происходит завершается формирование активного центра и других функционально значимых участков молекулы фермента.

На рисунке: профермент – химотрипсиноген (голубой); фермент – химотрипсин (зеленый).

Активация пищеварительных протеолитических ферментов: Е: энтеропептидаза Трипсиноген трипсин Химотрипсиноген -химотрипсин Е: химотрипсин δ-химотрипсин Е: химотрипсин α-химотрипсин

Регуляция активности ферментов путем белокбелковых взаимодействий v v Кооперативность взаимодействия между субъединицами олигомерных белков (ферментов). Изменение активности (субстратной специфичности) в результате взаимодействия фермента с другим белком.

Кооперативность взаимодействия: Протеинкиназа – тетрамер 2 х2 (два димера). v Регуляторная Каталитическая субъединица ц. АМФ В олигомерном состоянии (собранном) неактивна. После диссоциации каталитическая субъединица приобретает активность.

Изменение субстратной специфичности. ü Фермент УДФ-галактоза: N-ацетилглюкозаминтрансфераза (ГАГТ) Катализирует гликозилирование гликопротеинов. S-акцептор галактозы – моно- и олигосахариды гликопротеинов. v Фермент лактозосинтаза = ГАГТ + α-лактальбумин (молочный белок ) УДФ-галактоза + глюкоза → лактоза + УДФ S-акцептор галактозы – глюкоза. ü

Каталитическая активность ферментов и их содержание в клетке может регулироваться гормонами и нейромедиаторами.

Адреналин Е: аденилатциклаза ц. АМФ (эффектор) фосфорилирование Е: протеинкиназа Е: киназа фосфорилазы фосфорилирование гликогенфосфорилаза 1 молекула адреналина → // → активация 105 -107 молекул гликогенфосфорилазы