4.2. Последствия белок - белкового взаимодействия

Ассоциация и диссоциация энзима, обладающего четвертичной структурой, служит механизмом регуляции его активности (рис. 24).

4.3. Регуляция путём ковалентной модификации

В биологических системах часто встречается механизм регуляции активности энзимов с помощью ковалентной модификации в их аминокислотных остатках. Быстрый и широко распространённый способ подобного явления - фосфорилирование/дефосфорилирование. Модификации подвергаются ОН-группы серина активного и аллостерического центров фермента. Фосфорилирование тоже требует работы биокатализаторов и осуществляется ферментами протеинкиназами, а дефосфорилирование - фосфопротеинфосфатазами. Присоединение остатка фосфорной кислоты приводит к изменению заряда и конформации контактной площадки и её каталитической способности. При этом результат может быть двояким: работа одних при фосфорилировании стимулируется, других же, напротив, подавляется (рис. 25). Например, адреналин фосфорилирует ключевые ферменты синтеза и распада гликогена, в результате последний процесс ускоряется, а формирование гомополисахарида угнетается.

Изменение скорости реакции, вызванное фосфорилированием энзима, обратимо. Активность протеинкиназ и фосфопротеинфосфатаз регулируется гормонами, что позволяет быстро изменять направленность хода процесса в зависимости от возникающих условий. Антагонистичные по функции гормоны по-разному влияют на направленность реакции, вызывая противоположные эффекты в метаболизме.

4.4. Частичный протеолиз как способ активации зимогена

Зимоген, или профермент – это неактивная форма фермента. Когда активный центр энзима закрыт олигопептидным фрагментом белковой цепи, субстрат не может с ним взаимодействовать.

Некоторые биокатализаторы, функционирующие вне клеток (в полости ЖКТ или в плазме крови), синтезируются в виде неактивных предшественников и их преобразование осуществляется с помощью гидролиза одной или нескольких определённых пептидных связей, что приводит к отщеплению фрагмента от белковой молекулы. В результате в оставшейся части апофермента происходит конформационная перестройка и открывается его активный центр.

Рассмотрим данный механизм на примере активации протеолитического энзима трипсина. Трипсиноген - его зимоген, синтезируемый в поджелудочной железе, по её протокам поступает в двенадцатиперстную кишку, где и активируется выше упомянутым способом под действием фермента кишечника энтеропептидазы, отщепляющей гексапептид с N-конца молекулы, в результате в сохранившейся части мицеллы формируется активный центр. Предварительное ингибирование предотвращает распад клеточных белков pancreas под действием активных форм энзима.

Частичный протеолиз - пример регуляции, когда активность биокатализатора изменяется необратимо. Такие ферменты функционируют, как правило, в течение короткого времени, определяемого сроком жизни белковой молекулы. Данный механизм лежит в основе положительной регуляции не только протеаз, но и белков свёртывающей системы крови и фибринолиза, протеинов системы комплемента, а также пептидных гормонов.