1. Аллостерическая регуляция
Аллостерическими ферментами называют белки четвертичной структуры, активность которых регулируется не только количеством молекул субстрата, но и другими веществами, называемыми эффекторами, роль которых выполняют клеточные метаболиты.
Подобные биокатализаторы играют важную роль в метаболизме, так как они чрезвычайно быстро реагируют на малейшие изменения внутреннего состояния клетки, что имеет большое значение в следующих ситуациях:
при необходимости ускорения генерации продукта - активация начальными метаболитами позволяет осуществлять регуляцию синтеза этого соединения;
для координации путей синтеза и распада. АТФ и АДФ - аллостерические эффекторы, действующие как антагонисты;
для создания параллельно протекающих и взаимосвязанных метаболических путей (например, синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, используемых в процессе полимеризации нуклеиновых кислот). Иными словами, конечные продукты одного биохимического процесса могут быть аллостерическими эффекторами другого;
в центральных метаболических путях исходные вещества могут быть аллостерическими активаторами ферментов, их заключительных этапов:
В качестве примера можно рассмотреть принципы регуляции гликолиза - специфического (начального) пути распада глюкозы. При образовании большого количества фруктозо-1,6-бисфосфата наблюдают аллостерическую активацию фермента пируваткиназы, одного из метаболитов гликолиза – работающего на конечных этапах цепи реакций.
Более редкий случай аллостерической регуляции, когда сам субстрат может выступать в качестве положительного эффектора. Такой вариант носит название гомотропного (эффектор и субстрат - одно и то же вещество). Эти энзимы имеют несколько центров связывания для субстрата, которые могут выполнять двойную функцию: каталитическую и регуляторную. Аллостерические ферменты подобного типа используются в ситуации, когда субстрат накапливается в избытке и должен быстро преобразоваться в продукт.
2.2.2. Особенности строения и функционирования аллостерических ферментов:
аллостерические ферменты катализируют ключевые реакции различных биохимических процессов.
обычно это олигомерные белки, состоящие из нескольких протомеров или имеющие доменное строение;
в их молекулах выделяют аллостерический центр, пространственно удалённый от каталитического активного центра;
эффекторы нековалентно присоединяются к аллостерическим (регуляторным) центрам фермента;
функциональные локусы энзима могут проявлять различную специфичность по отношению к лигандам: она может быть абсолютной или групповой. Некоторые биокатализаторы обладают несколькими аллостерическими центрами, которые специфичны к активаторам.
аллостерические ферменты обладают свойством кооперативности: взаимодействие эффектора с аллостерическим центром вызывает последовательное кооперативное изменение конформации всех субъединиц, приводящее к пространственным перестройкам активного центра и сродства фермента к субстрату, что увеличивает каталитическую активность фермента;
регуляция аллостерических энзимов обратима: отсоединение эффектора от регуляторной субъединицы восстанавливает исходную каталитическую активность биокатализатора;
2.2.3. Регуляция каталитической активности ферментов белок-белковыми взаимодействиями
Описано два механизма активации ферментов с помощью белок-белковых взаимодействий:
в результате присоединения регуляторных белков;
вследствие ассоциации или диссоциации энзима, обладающего четвертичной структурой:
Схема изложения регуляции активности
Взаимодействие с субстратом, ферментом, энзим-субстратным комплексом, но выгоднее с биокатализатором, так как его концентрация невелика, значит, не требуется большого количества эффектора. Чаще с аллостерическим центром реагирует аллостерический фермент.
