Аллостерическая регуляция каталитической активности ферментов. Соединение 2 молекул с использованием энергии макроэргических соединений (АТФ и др)

Лигазы (синтетазы)

Соединение 2 молекул с использованием энергии макроэргических соединений (АТФ и др). В реакцию вступают 3 вещества, образуется 3 вещества.

Систематическое название субстрат: субстрат – лигаза (источник энергии)

АТФ + L-глутамат + NH₄⁺ → АДФ + Фн + L-глутамин

Систематическое название: L-глутамат: аммиак – лигаза (АТФ → АДФ + Фн)

Тривиальное название: глутаминсинтетаза

АТФ + ПВК + СО₂ → АДФ + Фн + ЩУК

Систематическое название: ПВК: СО₂ – лигаза (АТФ → АДФ + Фн)

Тривиальное название: пируваткарбокилаза

Гомеостаз в организме поддерживается за счет регуляции скорости ферментативных реакций. Эта регуляция осуществляется:

I). Доступностью молекул субстрата и кофермента;

II). Изменением каталитической активности молекул фермента;

III). Изменением количества молекул фермента.

I. Доступность молекул субстратов обеспечивается контролируемой работой трансмембранных транспортных систем. Например, количество в мембране ГЛЮТов (трансмембранных переносчиков глюкозы) определяет скорость поступления глюкозы в цитоплазму клеток и скорость метаболических процессов, в которых она используется (гликолиз, ПФШ, гликогенез).

Доступность коферментов зависит от скорости их регенерации. В результате, чем больше концентрация исходного субстрата и регенерированных коферментов, тем выше скорость метаболического пути. Например, дефицит НАД⁺ лимитирует реакции ЦТК.

II. Регуляция каталитической активности ферментов. Бывает:

1). Неспецифическая регуляция. В связи с лабильностью всех ферментов, их каталитическая активность зависит от температуры, рН и давления.

2). Специфическая регуляция. Под действием специфических активаторов и ингибиторов изменяется активность регуляторных ферментов, которые контролируют интенсивность метаболических процессов в организме.

Механизмы специфической регуляции каталитической активности ферментов:

1). Аллостерическая регуляция;

2). Регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий;

3). Регуляция через ковалентную модификацию.

а). Регуляция путем фосфорилирования/дефосфорилирования фермента;

б). Регуляция частичным протеолизом.

Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется обратимым нековалентным присоединением модулятора (активатора и ингибитора) к аллостерическому центру. Ингибиторами аллостерических ферментов часто являются конечные продукты метаболических путей, активаторами – их начальные субстраты.

Активирование происходит по принципу прямой положительной связи, а ингибирование - по принципу отрицательной обратной связи.

Аллостерические ферменты играют важную роль в регуляции т.к. чрезвычайно быстро реагируют на изменения среды.

Например, конечный продукт катаболизма глюкозы АТФ ингибирует аллостерически ферменты гликолиза фосфофруктокиназу и пируваткиназу. Накапливаемая в гликолизе фруктоза-1,6-ф активирует пируваткиназу, что ускоряет реакции гликолиза.

2). Регуляция каталитической активности ферментов с помощью белок-белковых взаимодействий. Выделяют 2 механизма:

а). Активация ферментов в результате присоединения регуляторных белков. Например, аденилатциклаза (Ац), которая катализирует превращение АТФ в цАМФ, активируется присоединением α-субъединицы G-белка. Этот механизм регуляции обратим.

б). Регуляция каталитической активности ферментов ассоциацией/диссоциацией протомеров. Например, протеинкиназа А, активируется при диссоциации ее тетрамера на 4 субъединицы и инактивируется при обратном соединении 4 субъединиц в тетрамер.

3). Регуляция каталитической активности ферментов путем их ковалентной модификации. Регуляция активности фермента осуществляется в результате ковалентного присоединения или отщепления от него фрагмента. Она бывает 2 видов:

а). путем фосфорилирования и дефосфорилирования ферментов;

б). путем их частичного протеолиза.

а). Регуляция каталитической активности ферментов путем их фосфорилирования и дефосфорилирования. Фосфорилирование осуществляется протеинкиназами (ПК) по ОН-группе серина, треонина или тирозина регуляторный белков и ферментов. Дефосфорилирование в этих же положениях осуществляется фосфопротеинфосфатазами (ФПФ).

Введение отрицательно заряженной фосфорной группы приводит к обратимому изменению конформации и активности фермента.

Например, под действием глюкагона и адреналина в клетках печени происходит фосфорилирование ключевых ферментов гликогенеза (гликогенсинтаза) и гликогенолиза (гликогенфосфорилаза), при этом распад гликогена активируется, а синтез ингибируется.

Инсулин наоборот вызывает в клетках печени дефосфорилирование тех же ключевых ферментов, в результате синтез гликогена активируется, а распад ингибируется.

б). Регуляция каталитической активности ферментов путем их частичного протеолиза. При участии активаторов и протеолитических ферментов происходит отщепление части молекулы фермента и его необратимая активация. Такой фермент функционирует короткий период, а затем разрушается. Подобная схема активации характерна для внеклеточных ферментов ЖКТ (пепсин, трипсин, химотрипсин и др.) и ферментов свертывающей и противосвертывающей системы крови (тромбин, фибрин, плазмин др.). Например, трипсиноген, синтезируемый в поджелудочной железе, поступает в двенадцатиперстную кишку, где энтеропептидаза кишечника отщепляет у него с N-конца гексапептид. В результате в оставшейся части молекулы фермента формируется активный центр.

Дата добавления: 2014-01-04