Регуляция каталитической эффективности ферментов.
Это все изменения активности фермента, происходящие при
постоянном
его
количестве.
1. Превращение проферментов в активные ферменты. Ряд ферментов (например, протеолитические) синтезируются в неактивной форме – в виде проферментов. Чтобы перейти в активную форму, профермент должен подвергнуться ограниченному протеолизу (т.е. удалению части полипептидной цепи). В ходе протеолиза открывается или формируется активный центр и фермент активируется. Протеолитические ферменты синтезируются в поджелудочной железе в форме проферментов (исключается само переваривание железы), а активация происходит только в желудочно-кишечном тракте при появлении пищи
2. Химическая модификация. Это ковалентное присоединение или отщепление от фермента небольшой химической группы, что приводит к изменению активности фермента. Чаще всего к ферменту присоединяется или отщепляется фосфатная группа – фосфорилирование-дефосфорилирование фермента. Такой способ регуляции характерен для ферментов синтеза и распада гликогена.
Фосфорилирование и дефосфорилирование проводится разными ферментами, т.е. процесс обратим в функциональном смысле (активен ↔ неактивен), но не в химическом.
3. Мультиферментные комплексы. Это объединение нескольких ферментов, катализирующих многоступенчатую последовательность метаболических реакций. Пример: все ферменты синтеза жирных кислот объединены в единый мультиферментный комплекс – синтаза.
Адекватное взаимное расположение ферментов облегчает перенос промежуточных продуктов от одного фермента к другому, что ускоряет выход конечного продукта. Кроме того, такое объединение обеспечивает более эффективный метаболический контроль.
4. Аллостерическая регуляция. Это регуляция путем взаимодействия эффекторов с аллостерическим центром фермента. Как правило, аллостерическая регуляция характерна для ферментов, имеющих субьединичное строение. Их называют аллостерическими или регуляторными ферментами. Каждая субъединица такого фермента содержит свои активный и аллостерический центры. Различают гомотропные и гетеротропные регуляторные ферменты.
Гомотропные: субстрат служит и эффектором. Гетеротропные: эффекторы не являются субстратом.
В аллостерических ферментах активный центр одной субъединицы фермента оказывает влияние на активный центр другой субъединицы в той же молекуле. В результате такого взаимодействия между субъединицами связывание субстрата становится кооперативным. Т.е. кинетические свойства таких ферментов не описываются уравнением Михаэлиса-Ментен и зависимость скорости реакции от концентрации субстрата имеет форму S-образной кривой, а не гиперболы. При этом не большое увеличение концентрации субстрата будет приводить к значительному возрастанию скорости реакции.
Аллостерическая регуляция может приводить к активации или ингибированию фермента.
5. Регуляция по типу обратной связи. Характерна для последовательных реакций, при этом каждая реакция катализируется своим ферментом. Различают ретроингибирование и форактивацию:
а) Ретроингибирование – ингибирование по типу отрицательной обратной связи
Конечный продукт Z обычно не влияет на активность промежуточных ферментов системы, а ингибирует ее первый фермент Е1. Этим обеспечивается целенаправленность регуляции, т.к. цель системы состоит в образовании именно конечного продукта, а не промежуточных соединений.
б) Форактивация – активация предшественником. Накопление субстрата А стимулирует его распад до продукта Z через активацию фермента более поздних стадий превращения.