3. Регуляция активности ферментов, определение активности ферментов

Регуляция активности ферментов

Основными механизмами регуляции синтеза и каталитиче­ской активности ферментов являются следующие.

1. В катализируемой ферментом обратимой химической реак­ции концентрация компонентов реакции и ее направление ре­гулируются законом действия масс.

2. Существуют ферменты, концентрация которых в клетке определяется наличием или отсутствием субстрата, который спо­собствует индуцированному синтезу этих ферментов. Продукты реакции вызывают торможение синтеза фермента в результате реп­рессии. Ферменты, концентрация которых не зависит от наличия индуктора в клетке, — это конститутивные ферменты.

3. Ряд ферментов пищеварительного тракта синтезируется в виде проферментов (зимогенов), регуляция их активности сводится к превращению в активные формы ферментов под действием специфических агентов или протеиназ. При перехо­де ферментов из неактивных в активные формы формируются или демаскируются активные центры ферментов.

4. Активность некоторых ферментов определяется постсинте­тической химической модификацией при формировании третич­ной структуры. Активность ряда ключевых ферментов обмена углеводов контролируется путем фосфорилирования и дефос- форилирования, осуществляемых ферментами протеинкиназой и протеинфосфокиназой. Постсинтетическая модификация вклю­чает в себя также процессы ограниченного протеолиза, метилиро­вания, гликозилирования, уридилирования, аденилирования, АДФ-рибозилирования и др.

5. В многоступенчатых ферментативных системах регуляция осуществляется за счет ингибирования по принципу обратной свя­зи (ретроингибирования): конечный продукт биосинтетической це­пи подавляет активность фермента, катализирующего первую ста­дию синтеза, являющуюся ключевой для данной цепи реакции. Конечный продукт связывается с аллостерическим центром моле­кулы субстрата и ингибирует всю цепь химической реакции.

Для амфиболических процессов характерным типом регуляции является активация предшественником, когда первый метаболит в многоступенчатом пути активирует фермент, катализирующий последнюю стадию. Гомотропные ферменты — ферменты, для ко­торых субстрат и модулятор имеют одинаковую структуру. Гетеро- тропные ферменты — ферменты, в которых субстрат и модулятор имеют разную структуру.

6. К другим регуляторным механизмам относятся регулиро­вание абсолютного количества присутствующего в клетке фермента временем его синтеза и распада, конкуренция ферментов за общий субстрат, выключение активности одного из ферментов, влияние концентраций кофакторов, явление ком- партментализации (пространственное разъединение фермента с субстратом посредством биомембран).

Определение активности ферментов

Стандартная международная единица активности фермента (E или U) — то количество его, которое в оптимальных усло­виях катализирует превращение 1 микромоля субстрата или об­разование 1 микромоля продукта в минуту (мкмоль/мин).

1 катал (кат) — каталитическая активность, способная осу­ществлять химическую реакцию со скоростью 1 моль/с. 1 кат = = 6 X 10⁷U, 1 U = 16,67 нкат. Удельная активность фермента — число единиц ферментативной активности на 1 мг белка (или число каталов на 1 кг белка). Число оборотов фермента (молярная активность) — количество молекул субстрата, подвергающееся пре­вращению в продукт одной молекулой фермента в единицу време­ни при полном насыщении фермента субстратом (выражается в каталах на 1 г-моль фермента).