2. Ковалентная модификация

Ковалентная модификация - это механизм регуляции активности

ферментов за счет присоединения с помощью ковалентной связи в ре-

гуляторном центре фермента атомной группировки или отщепления

этой группировки. Присоединение к ферменту ковалентной связью до-

полнительной группировки приводит к изменению конформации бел-

ка-фермента, что сопровождается изменением структуры активного

центра и изменением эффективности катализа. Отщепление этой груп-

пировки обеспечивает восстановление исходной конформации фермен-

та, а следовательно, и возвращение к исходному уровню его катали-

тической активности. В качестве таких модифицирующих группировок

могут выступать остатки адениловой кислоты, гликозильные остатки,

но чаще всего встречается фосфорилирование - присоединение остат-

ков фосфорной кислоты.

Поскольку в ходе ковалентной модификации происходит образо-

вание или расщепление ковалентной связи между ферментом и группи-

ровкой модулятором, для эффективной работы этого механизма требу-

ется два дополнительных фермента: один фермент обеспечивает при-

соединение группировки-модулятора к регуляторному ферменту, вто-

рой фермент обеспечивает удаление этой группировки. По-видимому,

эти дополнительные ферменты обеспечивают присоединение группиров-

ки-модулятора к строго определенному аминокислотному остатку по-

липептидной цепи регуляторного фермента, так же как и избиратель-

ное ее отщепление.

Примерами работы таких регуляторных механизмов могут служить:

- активация гликогенфосфорилазы путем ее фосфорилирования,

- активация глутаматдегидрогеназы путем ее аденилирования,

- снижение активности пируватдегидрогеназного комплекса в

результате его фосфорилирования,

- снижение активности гликогенсинтетазы путем ее фосфори-

лирования.

Полный цикл регуляции активности фермента путем его ковалент-

ной модификации может быть проиллюстрирован на примере гликоген-

фосфорилазы гепатоцитов:………………………………………………………………………….

3. Белок-белковое взаимодействие

По современным представлениям ферменты отдельных метаболи-

ческих путей объединены в клетках в большинстве своем в мультиэн-

зимные комплексы - метаболоны. В составе таких метаболонов каждый

фермент находится в контакте с одним или несколькими ферментами

этого метаболического пути. Поэтому конформация, а следовательно

и каталитическая активность каждого отдельного фермента будет за-

висеть от состояния других контактирующих с ним ферментов. Отсю-

да, изменение каталитической активности регуляторного фермента,

входящего в состав метаболона, вызванное, например, присоединени-

ем к нему аллостерического модулятора, будет сопровождаться из-

менением активности и других ферментов метаболона, поскольку их

конформация в составе надмолекулярного белкового комплекса будет

также претерпевать определенные изменения.

В клетках и во внеклеточной жидкости присутствуют белки, ко-

торые могут взаимодействовать с белками-ферментами, регулируя их

активность. Эти белки получили название белков-модуляторов.

Так, в состав липопротеидов плазмы крови входят апобелки

апо-С-II и апо-С-I, которые взаимодействуя с ферментами липопро-

теидлипазой и лецитинхолестеролацилтрансферазой соответственно,

увеличивают их активность. В плазме крови присутствует также бе-

лок-модулятор антитромбин-III, который взаимодействуя с ферментом

системы свертывания крови тромбином, инактивирует последний.

Примером внутриклеточного белка-модулятора может служить

кальмодулин. Он присутствует в свободном неактивном состоянии в

цитозоле клеток различных органов и тканей. При увеличении кон-

центрации в цитозоле ионов Са2+ образуется Са-кальмодулиновый

комплекс, конформация кальмодулина изменяется и Са-кальмодулино-

вый комплекс приобретает способность взаимодействовать с различ-

ными внутриклеточными ферментами. При этом взаимодействии конфор-

мация белка-фермента изменяется и, следовательно, изменяется его

каталитическая активность. При снижении концентрации Са2+ в цито-

золе Са-кальмодулиновый комплекс распадается, свободный кальмоду-

лин из-за изменения конформации молекулы теряет сродство к фер-

менту. В результате фермент высвобождается из комплекса и его ка-

талитическая активность возвращается к исходному уровню. Этим

способом регулируется каталитическая активность таких ферментов

как гуанилатциклаза, фосфодиэстераза циклических нуклеотидов, пи-

руваткарбоксилаза, НАД-киназа и др. ( см.схему на след. стра-це).