Полифункциональные ферменты

Полифункциональные ферменты, или «мультиэнзимные полипептиды» составляют обширную группу белков, структурной особенностью которых является организация отдельных участков единой полипептидной цепи в супердомены, несущие различные каталитические функции. Это создаёт предпосылки для возникновения специфических белок-белковых взаимодействий, благодаря которым разные активные центры поплифункционального фермента могут взаимодействовать в катализе и подвергаться согласованной аллостерической регуляции. Во многих случаях ферменты, объединенные в единую структуру, катализируют последовательные реакции метаболического пути: А → В → С; при этом интермедиат В может нeпocpeдcтвeнно переноситься из активного центра первого фермента, где он продуцируется, в активный цeнтр coceднeгo, гдe он служит субстратом. Представителем ферментов этого типа является триптофансинтетаза.

Иногда «сцепленными» оказываются ферменты, катализирующие реакции, не следующие непосредственно друг за другом, либо ферменты, функцией которых является ускорение противоположно направленных реакций. Важным следствием подобной структурной организации становится приобретение бифункциональным ферментом способности воспринимать весьма тонкие регуляторные сигналы, отвечая координированным изменением разных активностей.

Бифункциональные ферменты, катализирующие реакции одного метаболического пути

К этой группе можно отнести ферменты, способные катализировать реакции, не следующие непосредственно друг за другом, но объединенные способностыю регулироваться общим эффектором. Данное обстоятельство и определяет функциональный смысл их объединения в единую структуру. Одним из характерных представителей ферментов этого типа является аспартокиназа – гомосериндегидрогеназа (биосинтез L-треонина в E-coli).

Бифункциональные ферменты, катализирующие противоположно направленные реакции

Особенностью ферментов этой грyппы является сочетание в пределах единой полипептидной цепи двух супердоменов: 1. oтвeтственного за осуществление реакции ковалентной модификации субстрата (как правило, белка); 2. катализирующего реакцию отщепления модификатора. Обе реакции необратимы; их каталитические механизмы различны. В случае если субстратом является фермент, общая схема реакций такова:

Е активный	+	R1M		Е-М неактивный	+	R1M	(1)
Е активный	+	R2M		Е-М неактивный	+	R2M	(2)

где: Е – фермент, R – вещество–модификатор, M – частица, модифицирующая фермент.

Реакция 1 катализируется первым доменом бифункционального фермента, реакция 2 – вторым.

Типичным примером бифункционального фермента, катализирующего противоположно направленные реакции является фермент, имеющий важное значение в регуляции глюконеогенеза, это фосфофрукто-2-киназа-фруктозо-2,6-бисфосфатаза. Данный фермент бифункционален, он обладает и фосфокиназной, и фосфатазной активностями, то есть он катализирует биосинтез и распад мощного регулятора своей же активности – фруктозо-2,6-бис-фосфата:

Показано, что данный бифункциональный фермент в свою очередь регулируется путем сАМР-зависимого фосфорилирования. Фосфорилирование приводит к увеличению фосфатазной активности и снижению фосфокиназной активности бифункционального фермента.