4.5. Регуляція ферментативних реакцій

Склад і активність ферментів залежать від характеру їжі. І. П. Павлов і його учні установили, що при годівлі собак м'ясом ферментативна активність і кислотність їхнього шлункового соку значно вище, ніж при годівлі молоком.

Тривале і надлишкове вигодовування голодуючій тварині деяких амінокислот, наприклад триптофану, викликало заміну в молекулі ферменту альдолази одних амінокислот іншими, що спричинило за собою зміни структури і функції ферментів.

Активність ферментів обумовлена різними факторами. Так, наприклад, дефіцит вітамінів приводить до порушення синтезу коферментів, внаслідок чого порушуються відповідні біохімічні процеси.

Приведені дані свідчать про пристосувальну здатність організму до визначеного характеру харчування шляхом зміни складу травних соків.

Ензими, що постійно присутні в організмі, називаються конституційними. За певних умов в організмі утворюються нові ферменти. Вони одержали назву адаптивних. Так, вигодовування тваринам тирозину підсилює синтез ферменту тирозинамінотрансферази. При підвищеному вмісті білків у харчовому раціоні зростає активність ферменту ентерокінази, який каталізує розщеплення пептидів, а також перетворення трипсиногену в трипсин. Трипсин у свою чергу активує трансформацію хімотрипсиногену в хімотрипсин; у такий спосіб виникає ланцюгова каталітична реакція. У цьому процесі ентерокіназа відіграє роль пускового механізму адаптації ферментів, що розщеплюють білки.

Зменшення кількості білка в харчуванні спочатку приводить до зниження активності ентерокинази, а потім до гальмування дії трипсину і хімотрипсину.

Адаптивні ферменти називаються ще і індуцибільними (від лат. іnductіo - введення), а речовини, що сприяють появі індуцибільних ферментів - індукторами. Іноді індуктор викликає появу не одного, а декількох ферментів, що зв'язано з утворенням різних проміжних сполук, що теж можуть відігравати роль індукторів.

Підвищення активності ферментів під впливом визначених індукторів підсилює біосинтез нових ферментів або змінює активність існуючих, а при дії на організм шкідливих факторів (наприклад, іонізуючі випромінювання) може відбутися якісна зміна каталітичних властивостей ферментів.

Найважливіший вид регуляції активності ферментів у клітинах - інтенсивність їхнього синтезу, що залежить від діяльності генетичного апарата.

Біохімічним і фізіологічним механізмами регуляції активності ферментів є зміна їхньої активності, головним чином, через алостеричні центри. Цей процес відбувається під впливом на ферменти специфічних речовин, функція яких полягає в координації обмінних реакцій у клітинах і їхній адаптації до мінливих умов внутрішнього і зовнішнього середовища. До таких речовин відносяться гормони, що синтезуються в залозах внутрішньої секреції, і тканинні гормони (гістогормони), що утворюються в клітинах і не мають спеціалізованої гормональної функції. Так, у мозковому шарі надниркових залоз синтезується гормон адреналін, що через ланцюг біохімічних реакцій активує фермент, який каталізує розщеплення глікогену в печінці і м'язах.

Інтенсивність утворення тих або інших гормонів регулюється нервовою системою. Таким чином, в організмі здійснюється східчастий контроль за дією ферментів, що безпосередньо запускають біохімічні процеси.

Один з видів забезпечення надійності хімічних реакцій у клітках полягає в утворенні ізоферментів (ізоензимів), що каталізують однакові реакції, але відрізняються за чутливістю до активаторів і інгібіторів.

Ізоферменти мають неоднакову будову, що й обумовлює розходження їхніх властивостей. Отже, якщо в клітинах змінюються умови, то ізоферменти можуть "підстраховувати" здійснення важливих біохімічних процесів. Співвідношення різних ізоензимів може характеризувати наявність порушень обміну в клітинах, його широко використовують в медичній практиці для діагностики.

Як вже було відзначено раніше, у клітинах функціонують цілі мультиферментні системи. У таких системах кінцевий продукт послідовних ферментативних перетворень гальмує перший фермент (шляхом зв'язування з його алостеричним центром), у результаті чого швидкість усього ферментативного процесу визначається постійною концентрацією кінцевого продукту. Перший фермент такої мультиферментної системи одержав назву регуляторного, або алостеричного ферменту, а інгібуючий - ефектору, або модулятора. На регуляторний фермент може впливати як негативний модулятор, що викликає його інгібування, так і позитивний, що збільшує активність ферменту.

Таким чином, регуляторний вплив на активність ферментів роблять субстрат, продукти розщеплення, ізоформи, ферменти, що потребують активаторів. Координація процесів обміну, які каталізуються ферментами, здійснюється гормонами й іншими регуляторними факторами, утворення й активність яких контролюються нервовою системою.