11. Механизмы активирования ферментов. Проферменты, физиолог. Значение их образования.

Активаторы – вещ-ва, увеличивающие активность ферментов. Активирование ферментов могут вызвать:

1) Присутствие кофакторов - ионы металлов Fe²+, Mg²+, Mn²+, Cu²+, Zn²+, АТФ, липоевая кислота.

Многие ферменты не активны в отсутствие металлов. Так, при удалении цинка карбоангидраза, катализирующая биосинтез и распад Н2СО3, практически теряет свою фермент. активность; более того, цинк при этом не может быть заменен никаким другим металлом. Известны ферменты, действие которых активируется ионами нескольких металлов; в частности, енолаза активируется Mg2+ , Mn2+ , К+.

Примеры: Цитохромы, каталаза, пероксида – Fe. Ксантиноксидаза -Mo. Амилаза, липаза – Ca. Лактатдегидрогеназа – Zn. Фосфатазы – Mg. Аргиназа, холинэстераза – Mn.

Молекулярный механизм действия металлов в энзиматическом катализе, или роль металлов в активировании ферментами. В ряде случаев ионы металлов (Со2+ , Mg2+ , Zn2+ , Fe2+) выполняют функции простетических групп ферментов, или служат акцепторами и донаторами электронов, или выступают в качестве электрофилов либо нуклеофилов, сохраняя реактивные группы в необходимой ориентации. В других случаях они способствуют присоединению субстрата к активному центру и образованию фермент-субстратного комплекса. Например, ионы Mg2+ через отрицательно заряженную фосфатную группу обеспечивают присоединение монофосфатных эфиров органических веществ к активному центру фосфатаз, катализирующих гидролиз этих соединений.

2) Частичный их протеолиз. Ферменты желудочно-кишечного тракта вырабатываются в виде неактивных форм – зимогенов. Под влиянием различных факторов происходит отщепление пептида с формированием активного центра и зимоген превращается в активную форму фермента.

П епсиноген НСl пепсин + пептид

Трипсиноген энтерокиназа трипсин + пептид

Этот вид активирования предохраняет клетки желудочно-кишечного тракта от самопереваривания.

3) Фосфорилирование и дефосфорилирование.

Фосфорилирование осущ. ферментами протеинкиназами, а дефосфорилирование - фосфопротеинфосфатазами. Присоединение остатка фосфорной кислоты приводит к изменению конформации активного центра и его каталитической активности. При этом результат может быть двояким: одни ферменты при фосфорилировании активируются, другие, напротив, становятся менее активными.

Изменение активности фермента, вызванное фосфорилированием, обратимо. Отщепление остатка фосфорной кислоты осуществляется ферментами фосфопротеинфосфатазами. Активность протеинкиназ и фосфопротеинфосфатаз регулируется гормонами, что позволяет быстро изменять активность ключевых ферментов (фермент, катализирующего наиболее медленную стадию.) метаболических путей в зависимости от условий внешней среды.

Например, под действием глюкагона (в период между приёмами пищи) в клетках происходит уменьшение синтеза энергетического материала - жира, гликогена и усиление его распада (мобилизация), вызванного фосфорилированием ключевых ферментов этих процессов. А под действием инсулина (во время пищеварения), наоборот, активируется синтез гликогена и ингибируется его распад, так как взаимодействие инсулина с рецептором активирует сигнальный путь, приводящий к дефосфорилированию тех же ключевых ферментов.

Реакции :

неакт. липаза + АТФ → липаза-фосфат (акт. липаза) – в период голода (постабсорбтив. период);

липаза-фосфат+Н3РО4 → липаза (неакт. липаза) – после еды.

Протоферменты или проэнзимы, зимогены, энзимогены — функционально неактивные предшественники ферментов, подвергающиеся тем или иным преобразованиям (обычно расщеплению специфическими эндо- или экзопептидазами или гидролизу), в результате чего образуется каталитически активный продукт — фермент. Физиологический смысл проферментов заключается в том, чтобы ткани, продуцирующие ферменты, не подвергались воздействию этих самых ферментов. Поэтому акт продукции фермента (профермента) отделен от акта его активации — превращения в фермент. И поэтому проферменты, в основном, встречаются у протеолитических ферментов, расщепляющих белки, в отличие от липолитических ферментов, расщепляющих жиры.

В физиологии желудка наиболее важны проферменты следующих протеолитических ферментов:

1) пепсиноген — профермент (предшественник) пепсина.

2) прогастриксин — профермент гастриксина.

3) проренин — профермент ренина.