Регуляция каталитичекой активности ферментов

Cпособность к сохранению сбалансированности катаболических и анаболических процессов является одним из уникальных свойств живых организмов. При этом в клетках одновременно совершаются процессы синтеза, распада и взаимопревращения сотен и тысяч разнообразных веществ, которые в свою очередь регулируются множеством механизмов, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма. Важная роль среды при этом принадлежит регуляции каталитической активности ферментов.

Изостерическая регуляция

Если метаболит или ксенобиотик имеет структурное сходство с субстратом, то он может связываться с субстратным активным центром фермента, подавляя его каталитическую активность. Такие ингибиторы называют квазисубстратами. Сродство субстрата к ферменту больше, чем сродство квазисубстрата, и в присутствии субстрата и квазисубстрата между ними наблюдается конкуренция за активный центр фермента. Ингибирующее действие зависит от соотношения «субстрат – квазисубстрат».

Классическим примером изостерического ингибирования является действие малоната на активность сукцинатдегидрогеназы см. рис. 15.2. Для 50%-го угнетения СДГ соотношение сукцинат/малонат должно составлять 1:50:

СОО¯  СН2  СН3  СОО¯ Сукцинат

СДГ +FAD −FADH2

СОО¯  СН ║ ; СН  СОО¯ Фумарат

СОО¯  СН2  СОО¯ Малонат

СОО¯  СН2  С═О  СОО¯ Оксалоацетат

Изостерическим ингибитором СДГ является также оксалоацетат, который регулирует, таким образом, заключительные этапы цикла Кребса по типу обратной связи:

Сукцинат

СДГ−

Фумарат

Малат

Оксалоацетат

Изостерические ингибиторы известны и для ферментов, метаболизирующих витамины или присоединяющих коферменты. Для каждого витамина описаны десятки его структурных аналогов, обладающих свойствами изостерических ингибиторов витаминзависимых ферментов. Многие из этих аналогов используются в качестве антибактериальных, антипротозойных лекарственных препаратов (сульфаниламиды, противомалярийные препараты и др.). Сульфаниламидные препараты применяются для борьбы с инфекционными заболеваниями. По своей химической структуре близки к парааминобензойной кислоте (ПАБК) – необходимому фактору роста многих патогенных бактерий. ПАБК нужна бактериям для синтеза фолиевой кислоты, которая служит у них кофактором фермента. Действие сульфаниламидов связано с нарушением синтеза фолиевой кислоты из ПАБК. Животные клетки нечувствительны к сульфаниламидам, хотя для некоторых реакций им требуетсяфолиевая кислота. Объясняется это тем, что они используют предобразованную фолиевую кислоту; метаболический путь, который обеспечивал бы ее синтез, у животных отсутствует.

Изостерические аналоги витаминов часто называют антагонистами витаминов из-за их способности вызывать соответствующие авитаминозы. Особенно многочисленны антагонисты рибофлавина, из числа которых наиболее активны изорибофлавин, люмифлавин, галактофлавин и др.