Регуляція ферментного апарату клітин.

Є 4 основних механізми регуляції каталітичної активності ферментів:

1. Алостерична регуляція,

2. За рахунок ковалентної модифікації,

3. Шляхом обмеженого протеолізу,

4. За допомогою регуляторних білків.

Алостеричні ферменти (АФ) — це регуляторні ф-ти (є Ацентра+алост). Алостеричні ефектори: позитивні (алостеричні активатори), негативнимі (алостеричні інгібітори). За своєю молек будовою алостеричні регуляторні ферменти як правило мають 4-ну стр-ру. Активний та регуляторний центри локалізуються на різних білкових субодиницях — каталітичній та регуляторній. Модифікація каталітичної активності такого ферменту здійснюється шляхом передачі на каталітичні субодиниці конформаційних змін із регуляторних субодиниць, які відбуваються в останніх після взаємодії з лігандами — ефекторами.

Кінетика АФ має відмінності від кінетики звичайних ферментів. Крива залежності v реакції від конц. субстрату має S-подібну (сигмоподібну) форму, що визначається кооперативними ефектами взаємодії між окремими субодиницями регуляторного ферменту під час зв’язування молекул субстрату: при низьких концентраціях субстрат практично не перетворюється, лише після досягнення конц. певного порогового значення, v реакції починає стрімко зростати. АФ каталізують б/х реакції, що знаходяться, як правило, на початку нерозгалужених або розгалужених метабол. шляхів.

Модуляторами цих ферментів можуть бути: 1) їх власні субстрати — гомотропні, 2) інші хімічні ефектори, зокрема кінцеві продукти багатоступеневого біохімічного процесу — гетеротропні регуляторні ферменти.

Ковалентна модифікація. Шляхи: зворотне фосф.-деФ, метилування, аденілування, АДФ-рибозилювання.

Фосфорилюють протеїнкінази, що за рахунок кінцевого (γ -) фосфату АТФ здійснюють фосфорилювання серинового чи треонінового (деякі протеїнкінази — тирозинового) радикалу відповідного білка.

Зворотна реакція — деФосф-ня білків — каталізується протеїнфосфатазами:

Субстратами протеїнкіназ є глікогенфосфорилаза, кіназа фосфорилази b, глікогенсинтетаза, тригліцеридліпаза, піруватдегідрогеназа, деякі білки мембранних каналів, гістони хроматину тощо.

Фосфорилювання багатьох білків-ферментів трансформує їх у каталітично активну форму (фосфорилювання глікогенфосфорилази, кінази фосфорилази b, тригліцеридліпази тощо); фосфорилювання інших ферментних білків (глікогенсинтетази, β -ГОМК-редуктази) є, навпаки, механізмом їх інактивації. Швидкість фосфорилювання-дефосфорилювання білків коливається, як правило, в межах від декількох секунд до декількох хв., відповідно до необхідності включення або виключення певної фізіологічної функції клітини.

Протеолітична активація ферментів Активація ферментів шляхом обмеженого протеолізу їх молекул є механізмом незворотної трансформації ферменту в каталітично активний стан. При дії цього механізму від проферменту відщеплюється певний пептидний ланцюг; у пептиді, що залишається після обмеженого протеолізу, відбуваються конформаційні зміни, які призводять до формування активного центру і створення каталітично активної форми білка-ферменту.

Цей регуляторний механізм функціонує при утворенні активних форм більшості протеолітичних ферментів травного каналу — пепсину, трипсину, хімотрипсину, а також активних протеаз, що є компонентами (факторами) згортальної і фібринолітичної систем крові людини.

Регуляторні білки – можуть спричиняти активуючі або інгібіторні ефекти. Прикладами таких білків-ефекторів є:

– кальмодулін (КМ) — Са-чутливий протеїн, який є хімічним сенсором, що трансформує збільшення цитозольної концентрації Са2+ в певні біохімічні та фізіологічні реакції клітини; після зв’язування 4 йонів кальцію комплекс КМ–4Са²⁺ стає здатним до активації багатьох ферментних білків, зокрема фосфодіестерази циклічних нуклеотидів, кінази легких ланцюгів міозину тощо;

– протеїназні інгібітори, що блокують активність тканинних протеїназ — ферментів, які спроможні розщеплювати власні білки організму; найбільш активними інгібіторами є α 2-макроглобулін та α 1-антитрипсин, які блокують активність серинових та інших протеїназ за рахунок зв’язування з їх активними центрами;

Б. Другий шлях регуляції є механізмом довготривалої адаптації ферментного апарату. Для його включення і повної реалізації необхідно декілька годин або діб. У більшості випадків він полягає в змінах в інтенсивності біосинтезу певного ферментного білка за рахунок впливу на систему ядерного генома або рибосомального білкового синтезу. У деяких біохімічних системах кількість білка-ферменту в клітині збільшується шляхом стабілізації існуючих молекул за рахунок гальмування активності протеаз, що їх розщеплюють.

Розрізняють два класи ферментів мікроорганізмів: конститутивні і адаптивні. Другі поділяють на індуцибельні та репресибельні. Адаптивна індукція або репресія ферментів має місце і в клітинах еукаріотів.

Прикладами індукції ферментних систем в організмі людини є зміни в концентрації білків-ферментів у печінці, що відбуваються залежно від кількості поживних сполук в їжі (адаптація ферментів вуглеводного, амінокислотного та ліпідного обмінів), надходження в організм чужорідних сполук — лікарських, токсичних (індукція ферментів детоксикації — глюкуронування та мікросомального окислення).