РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ Экстенсивная регуляция регуляция

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ

Экстенсивная регуляция – регуляция путем изменения количества фермента в клетке; регуляция на генетическом уровне. Интенсивная регуляция – регуляция путем модификации молекулы фермента; регуляция каталитической активности фермента.

Регуляция на генетическом уровне – на уровне транскрипции (синтеза матричной РНК). v Индукция синтеза ферментов v Репрессия синтеза ферментов

Количество и разнообразие белков, в частности ферментов, определяется степенью их участия в метаболизме. Синтез белка регулируется внешними и внутренними факторами. Теорию регуляции синтеза белка разработали (Ф. Жакоб и Ж. Моно): происходит “выключение” или “включение” генов.

Индукция синтеза ферментов (синтез ферментов de novo, или «включение генов» ) происходит при появлении в среде (в клетке) субстратов этих ферментов. Репрессия синтеза ферментов ( «выключение генов» ) происходит при накоплении конечных продуктов реакции.

v В биосинтезе белка участвуют структурные гены, ген-регулятор, ген-оператор.

Структурные гены определяют первичную структуру синтезируемого белка, т. е. являются основой для биосинтеза м. РНК, которая служит матрицей для биосинтеза белка. Ген-оператор контролирует синтез м. РНК. Оперон – группа структурных генов, находящихся под одной регуляторной областью. Ген-регулятор – контролирует функционирование оперона.

ИНДУКЦИЯ СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ Доказана в опытах на E. сoli на примере синтеза β-галактозидазы (лактазы), расщепляющей молочный сахар на глюкозу и галактозу – lac-оперон.

В отсутствии субстрата (лактозы) белок-репрессор – Lac. I-репрессор – взаимодействует с геномоператором и препятствует транскрипции.

При появлении в среде субстрата – лактозы – субстрат. При появлении в среде субстрата – лактозы – индуктор связывается с белком-репрессором и препятствует его взаимодействию с геном-оператором – начинается транскрипция и синтез ферментов катаболизма лактозы.

Индуцибельные ферменты – ферменты, катализирующие расщепление веществ (например, цитохром Р 450, тирозиназа, аспарагиназа, аргиназа, уреаза). При увеличении количества белковой пищи индуцируются: тирозинтрансаминаза, серин- и треониндегидротазы и др.

Катаболитная репрессия индуцибельных ферментов Ферменты катаболизма лактозы не синтезируются: - в отсутствии субстрата и - в присутствии глюкозы. Глюкоза – более выгодный источник углерода и энергии, чем лактоза. Глюкоза и лактозы – альтернативные источники С и Е.

В отсутсвии глюкозы в клетке повышается уровень ц. АМФ взаимодействует белком CRP-белком (с. АМР protein receptor). Комплекс ц. АМФ-CRP взаимодействует с промоторным участком ДНК, вызывает в нем конформационные изменения, что приводит к повышению сродства к РНКполимеразе. CRP

Продукты катаболизма глюкозы снижают уровень ц. АМФ в клетке – т. е. снижается скорость транскрипции генов lac-оперона.

Позитивный контроль – комплекс ц. АМФ-CRP. Негативный контроль – белок-репрессор. Индуцибельная репрессия продуктами катаболизма глюкозы.

Репрессия синтеза ферментов Белки-репрессоры первоначально находятся в неактивной форме. Активация репрессоров происходит в присутствии продуктов реакции – ко-репрессоров. Активный белок-репрессор взаимодействует с зоной гена-оператора, репрессируя (блокируя) транскрипцию и синтез ферментов.

Репрессируемые ферменты катализируют синтез веществ (например, ферменты синтеза заменимых аминокислот). Например, орнитинкарбамоилтрансфераза (синтез цитруллина, ко-репрессор - аргинин), глутаминсинтетаза, уреаза (корепрессор – NH 4+)

Конститутивные ферменты – синтезируются с постоянной скоростью, поддерживаются в клетке в постоянной концентрации. Конститутивные ферменты – ферменты, катализирующие реакции энергетического обмена и реакции основных метаболических процессов.