Вопрос 20 Регуляция каталитической активности ферментов ковалентной модификацией путем фосфорилирования и дефосфорилирования.

В биологических системах часто встречается механизм регуляции активности ферментов с помощью ковалентной модификации аминокислотных остатков. Модификации подвергаются ОН-группы фермента.

• Фосфорилирование осуществляется ферментами протеинкиназами,

• Дефосфорилирование – фосфопротеинфосфатазами.

Присоединение остатка фосфорной кислоты приводит к изменению конформации

АЦ и его каталитической активности. При этом результат может быть двояким: одни ферменты при фосфорилировании активируются, другие становятся менее активными.

Изменение активности фермента, вызванное фосфорилированием, обратимо.

Отщепление остатка фосфорной кислоты осуществляется фосфопротеинфосфатазами.

Активность протеинкиназ и фосфопротеинфосфатаз регулируется гормонами, что

позволяет быстро изменять активность ключевых ферментов метаболических путей в зависимости от условий внешней среды. Антагонистичные по функции гормоны противоположным образом влияют на фосфорилирование/дефосфорилирование ферментов, вызывая противоположные эффекты изменения метаболизма клетки.

• Под действием глюкагона (в период между приемами пищи) происходит распад

гликогена, жира, вызванное фосфорилированием ключевых ферментов этих процессов.

• Под действием инсулина (во время пищеварения) – активируется синтез

гликогена, ингибируется его распад, т.к. взаимодействие инсулина с рецептором активирует сигнальный путь, приводящий к дефосфорилированию ключевых ферментов

Вопрос 21 Ассоциация и диссоциация протомеров на примере протеинкиназы а и ограниченный протеолиз при активации протеолитических ферментов как способы регуляции каталитической активности ферментов.

Протеинкиназы – группа ферментов, катализирующих перенос остатка

фосфорной кислоты с АТФ на специфические ОН-группы аминокислотных остатков белков (вызывают фосфорилирование белков).

Протеинкиназа А (цАМФ-зависимая) состоит из 4 субъединиц 2 типов:

• 2 регуляторных (R)

• 2 каталитических (С).

Такой тетрамер не обладает каталитической активностью.

Регуляторные субъединицы имеют участки связывания для циклического 3',5'-

АМФ (цАМФ), по 2 на каждую субъединицу. Присоединение 4 молекул цАМФ к 2 регуляторным субъединицам приводит к изменению конформации регуляторных протомеров и к диссоциации тетрамерного комплекса, при этом высвобождаются 2 активные каталитические субъединицы. Такой механизм регуляции обратим.

Отщепление молекул цАМФ от регуляторных субъединиц приведёт к ассоциации

регуляторных и каталитических субъединиц Протеинкиназы А с образованием неактивного комплекса.

Гормон, взаимодействуя с рецептором на поверхности клеток, приводит к

уменьшению сродства ГТФ-связывающего белка к ГТФ и увеличению сродства к

ГТФ. Присоединение молекулы ГТФ к активному центру G- белка вызывает диссоциацию комплекса на субъединицы α-ГТФ и димер βγ.

Комплекс α-ГТФ активирует аденилатциклазу, что способствует синтезу из АТФ

внутриклеточных регуляторных молекул цАМФ, которые и активируют ПК А.

Регуляция каталитической активности ферментов частичным

(ограниченным) протеолизом: некот. ферменты, функционирующие вне клеток (в ЖКТ или в плазме крови), синтезируются в виде неактивных предшественников и активируются только в результате гидролиза одной или нескольких определённых пептидных связей, что приводит к отщеплению части белковой молекулы предшественника. В результате в оставшейся части белковой молекулы происходит конформационная перестройка и формируется активный центр фермента.

Пример: активация протеолитического фермента трипсина.

Трипсиноген, синтезируемый в поджелудочной железе, при пищеварении по

протокам поджелудочной железы поступает в двенадцатиперстную кишку, где и активируется путём частичного протеолиза под действием фермента кишечника энтеропептидазы.

В результате отщепления гексапептида с N-конца формируется активный центр в

оставшейся части молекулы. Трипсин относят к семейству "сериновых" протеаз – активный центр фермента содержит функционально важный остаток Сер.

Частичный протеолиз – пример регуляции, когда активность фермента

изменяется необратимо. Такие ферменты функционируют в течение короткого времени, определяемого временем жизни белковой молекулы.

Частичный протеолиз лежит в основе активации протеолитических ферментов,

белков свёртывающей системы крови и фибринолиза, белков системы комплемента, а также пептидных гормонов.