1. Регуляция количества молекул фермента в клетке

Белки в клетке постоянно обновляются. Количество молекул фермента в клетке определяется соотношением 2 процессов - синтеза и распада белковой молекулы фермента.

Синтез и фолдинг белка - многостадийный процесс. Регуляция синтеза белка может происходить на любой стадии формирования белковой молекулы. Наиболее изучен механизм регуляции синтеза белковой молекулы на уровне транскрипции.

Что касается распада ферментов, то регуляция этого процесса менее изучена. Можно только предполагать, что это не просто процесс протеолиза (разрушения белковой молекулы), а сложный механизм, возможно, определяемый на генетическом уровне.

2. Регуляция скорости ферментативной реакции доступностью молекул субстрата и коферментов

Важный параметр, контролирующий протекание метаболического пути, - наличие субстратов, и главным образом - наличие первого субстрата. Чем больше концентрация исходного субстрата, тем выше скорость метаболического пути.

Другой параметр, лимитирующий протекание метаболического пути, - наличие регенерированных коферментов. Например, в реакциях дегидрирования коферментом дегидрогеназ служат окисленные формы NAD+, FAD, FMN, которые восстанавливаются в ходе реакции. Чтобы коферменты вновь участвовали в реакции, необходима их регенерация, т.е. превращение в окисленную форму.

3. Регуляция каталитической активности ферментов

Основные способы регуляции активности ферментов:

-изостерическая регуляция;

-аллостерическая регуляция;

-регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий;

-регуляция путём фосфорилирования/дефосфорилирования молекулы фермента;

-регуляция частичным (ограниченным) протеолизом.

Изостерическая регуляция

Если метаболит или ксенобиотик имеет структурное сходство с субстратом, то он может связываться с субстратным активным центром фермента, подавляя его

каталитическую активность. Такие ингибиторы называют квазисубстратами. Сродство субстрата к ферменту

больше, чем сродство квазисубстрата, и в присутствии субстрата и квазисубстрата между ними наблюдается конкуренция за активный центр фермента.

Ингибирующее действие зависит от соотношения«субстрат– квазисубстрат».

Классическим примером изостерического ингибирования является действие малоната на активность сукцинатдегидрогеназы. Для50%-го угнетения СДГ соотношение сукцинат/малонат должно составлять1:50

Изостерическим ингибитором СДГ является также оксалоацетат, который регулирует, таким образом, заключительные этапы цикла Кребса по типу обратной связи

Аллостерическая регуляция

Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется не только количеством молекул субстрата, но и другими веществами, называемыми эффекторами.

Участвующие в аллостерической регуляции эффекторы - клеточные метаболиты (например, продукты реакции) часто именно того пути, регуляцию которого они осуществляют.

Аллостерический центр представляет собой участок молекулы фермента, в результате присоединения к которому определенного низкомолекулярного (а иногда - и высокомолекулярного) вещества изменяется третичная структура белковой молекулы. Вследствие этого изменяется конфигурация активного центра, сопровождающаяся либо увеличением, либо понижением каталитической активности фермента.

Роль аллостерических ферментов в метаболизме клетки.

Аллостерические ферменты играют важную роль в метаболизме, так как они чрезвычайно быстро реагируют на малейшие изменения внутреннего состояния клетки.

Аллостерическая регуляция имеет большое значение в

следующих ситуациях:

- при анаболических процессах. Ингибирование конечным продуктом метаболического пути и активация начальными метаболитами позволяют осуществлять регуляцию синтеза этих соединений;

- при катаболических процессах.

В случае накопления АТФ в клетке происходит ингибирование метаболических путей, обеспечивающих синтез энергии.

-для координации анаболических и катаболических путей. АТФ и АДФ - аллостерические эффекторы, действующие как антагонисты;

-для координации параллельно протекающих и взаимосвязанных метаболических путей (например,

синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, используемых для синтеза нуклеиновых кислот).

Аллостерические эффекторы.

Эффектор, вызывающий снижение (ингибирование) активности фермента, называют отрицательным эффектором, или ингибитором.

Эффектор, вызывавший повышение (активацию) активности ферментов, называют положительным эффектором, или активатором.

Аллостерическими эффекторами часто служат различные метаболиты.

Конечные продукты метаболического пути - часто ингибиторы аллостерических ферментов, а исходные

вещества - активаторы.

Это так называемая гетеротропная регуляция. Такой вид аллостерической регуляции очень распространён в биологических системах.