3.6.2. Метаболическое ингибирование по типу обратной связи

 

Некоторые метаболические пути в организме обладают внутренним механизмом прямой (т. е. негенетической) саморегуляции (рис. 3–28). В такой цепи последовательных реакций один из ферментов, катализирующих эти реакции (как правило, первую из них), является регуляторным (аллостерическим) ферментом, т. е. его активность зависит от концентрации конечного продукта цепи. Данный тип регуляции обычно основан на ингибировании этого фермента путем того или иного взаимодействия его с конечным продуктом.

 

Рис. 3.28. Аллостерическое ингибирование ферментативного катализа конечным продуктом. В отличие от механизма, изображенного на рис. 3.27, конечный продукт в данном случае непосредственно влияет по типу отрицательной обратной связи на скорость катализа первой реакции в данной последовательности, а не на генетические механизмы регуляции

 

 

При таком ингибировании конечным продуктом скорость синтеза последнего падает по мере его накопления в результате замедления всех реакций в данной последовательности. Установлено, что при ингибировании по типу обратной связи конечный продукт взаимодействует с участком молекулы фермента вне каталитической зоны активного центра. Таким образом, конечный продукт играет роль отрицательного эффектора, снижающего активность фермента по аллостерическому механизму регуляции. Большинство регуляторных ферментов катализирует реакции, которые фактически необратимы в тех условиях, какие существуют в клетке, и потому, вообще говоря, не подчиняются закону действующих масс, согласно которому реакция должна замедляться по мере накопления продукта.

 

3.6.3. Активация ферментов

 

Как мы уже говорили, часть ферментов нуждается в кофакторах; это дает клетке еще один способ регуляции скорости биохимических реакций. Свободная концентрация ряда ионов внутри клетки зависит от их диффузии и активного транспорта через мембраны, которые отделяют содержимое клетки от ее окружения и формируют внутриклеточные отсеки (компартменты). Регулируя поступление ионов–кофакторов, клетка может регулировать концентрацию этих ионов и тем самым  – активность некоторых ферментов.

Важным и распространенным регуляторным кофактором является ион кальция, концентрация которого внутри клеток значительно меньше концентраций таких неорганических ионов, как Mg²⁺ , Na ⁺ , К⁺ и Cl¯. Изменение внутриклеточной концентрации Са²⁺ играет важную роль в осуществлении многих физиологических и биохимических процессов. Особая роль кальция как универсального внутриклеточного посредника и регуляторного агента тесно связана с тем фактом, что его концентрация в цитозоле (неструктурированная жидкая часть цитоплазмы) крайне низка (менее 10^–6 М). Незначительные колебания в величине суммарного потока Са²⁺ через клеточную мембрану или мембраны внутриклеточных органелл могут, таким образом, вызывать существенные, вплоть до 100–кратного, колебания концентрации свободных ионов Са²⁺ внутри клетки.

Каким образом Са²⁺ и другие внутриклеточные агенты могут влиять на происходящие в клетке события? Ответ здесь не однозначен, поскольку биохимическая регуляция может осуществляться несколькими способами. Ряд ферментов подчиняется аллостерической регуляции. В этом случае ион типа Са²⁺, конечный продукт метаболической последовательности реакций или специфическая регуляторная молекула могут связываться с определенным участком на поверхности фермента, деформируя его третичную структуру, или конформацию, и тем самым влияя на каталитическую эффективность активного центра, расположенного в другой части молекулы фермента.