Тема: Саморегуляція на молекулярному рівні. Регуляція активності ферментів.�

Загальні шляхи регуляції активності ферментів

• Регуляція активності ферментів спрямовує всі клітинні процеси.
• Ферменти здатні реагувати на внутрішній стан клітини й на зовнішні фактори, що впливають на неї.
• Така чутливість ферментів дає змогу відреагувати на зміни навколишнього середовища, пристосувати клітину до нових умов, дати відповідь на гормональні сигнали.

​

• Рівень активності ферментів регулюється двома шляхами: контролем кількості ферменту й контролем його активності.
• Кількість ферменту визначається співвідношенням швидкостей його синтезу й розпаду. Інтенсивність синтезу ферменту регулюється на етапах експресії гена цього ферменту

• Контроль активності ферменту здійснюється шляхом
• алостеричної регуляції (взаємодії з певними речовинами, що змінюють конформацію активного центру),
• хімічної модифікації (приєднанням певних хімічних груп)
• або обмеженим протеолізом (відщепленням пептидних фрагментів).

​

Доступність субстрату�

• Одним із простих способів регуляції активності ферментів є зміна концентрації субстратів реакції.
• Швидкість, із якою речовини реагують між собою, залежить від їхньої концентрації. Чим більше молекул субстрату є в наявності, тим швидшим стає процес. При насиченні всіх молекул ферменту субстратом швидкість реакції стає максимальною.
• Наприклад, для циклу трикарбонових кислот таким субстратом виступає оксалоацетат. Наявність оксалоацетату «підштовхує» реакції циклу.

​

Алостерична регуляція�

• Алостерична регуляція ферментної активності базується на зміні третинної структури молекул ферменту. Ця зміна відбувається внаслідок приєднання до ферменту молекули іншої речовини.

• Алостеричні ферменти мають два активні центри:
• каталітичний
• алостеричний.
• До алостеричного центру приєднується молекула речовини-ефектора.
• Це змінює конформацію білка й, відповідно, його ферментну активність

​

• Алостерична регуляція може бути як позитивною, так і негативною.
• Позитивними регуляторами (активаторами) можуть бути молекули, що передають сигнал (зокрема, гормональний) з клітинних рецепторів усередину клітини .
• Негативним регулятором (інгібітором) може бути кінцевий метаболіт біохімічного процесу або продукт цієї реакції, тобто діє механізм негативного зворотного зв'язку

Хімічна регуляція�

• На активність ферментів можна вплинути шляхом їхньої хімічної модифікації.
• Хімічна модифікація здійснюється приєднанням до амінокислот білка певних груп:
• фосфатної групи,
• залишку жирної кислоти,
• вуглеводних компонентів.
• Приєднання додаткових хімічних груп суттєво впливає на структуру ферменту, а отже, і на його ферментативну активність.

​

• Найбільш поширений спосіб змінити властивості білків — це фосфорилювання й дефосфорилювання (приєднання або від'єднання залишку ортофосфатної кислоти).
• Наприклад, фосфорилювання інгибує фермент глікогенсинтазу (знижується синтез глікогену),
• але активує ліпазу (посилюється розпад ліпідів).
• Фосфорилювання певних білків активує скорочення м'язів.

​

Обмежений протеоліз�

• Обмежений (частковий) протеоліз передбачає, що синтез деяких ферментів здійснюється у вигляді більшого попередника — проферменту.
• Фермент активується шляхом відщеплення від нього одного або кількох пептидних фрагментів. Тоді в частині молекули, що залишилася, відбувається конформаційна перебудова й формується активний центр . Фермент стає активним.

​

• Прикладом є
• активація протеолітичних ферментів шлунково-кишкового тракту (трипсиногену, пепсиногену),
• факторів системи зсідання крові (фібриногену),
• лізосомальних ферментів,
• пептидних гормонів (інсуліну).

​

• Наприклад, неактивний трипсиноген, синтезований у підшлунковій залозі, надходить у кишечник, де відбувається його обмежений протеоліз.
• У результаті утворюється активний трипсин.
• Такий механізм захищає організм від ушкоджень (наприклад, щоб слизова підшлункової залози не зруйнувалася під дією трипсину) або зберігає білок до моменту, коли знадобиться його активність (під час згортання крові).

​

Метаболічні ланцюги�

• Зазвичай ферментативні реакції в клітині об'єднані в метаболічні ланцюги або цикли.
• У кожного метаболічного ланцюга є ключовий фермент, який визначає швидкість усього ланцюжка реакцій. Як правило, ключові ферменти є першими в ланцюжку. Найчастіше це алостеричні ферменти. Вони інгібуються кінцевими продуктами і можуть активуватись молекулами вторинних посередників

​

​

​

• У такий спосіб регулюється швидкість усього метаболічного шляху.

​

• Також функціонування клітини забезпечується просторовою регуляцією метаболічних шляхів.
• Цей тип регуляції пов'язаний із локалізацією певних ферментів у різних органелах:
• у ядрі містяться ферменти синтезу ДНК і РНК
• у цитоплазмі — ферменти гліколізу,
• у мітохондріях — ферменти циклу трикарбонових кислот.

• Найвищий рівень просторової організації спостерігається, коли ферментні комплекси пов'язані з мембранами.
• У такому разі речовини, що перетворюються, послідовно пересуваються вздовж ланцюга ферментів.

​

• Приклади таких комплексів — АТФази і переносники електронів у мембранах хлоропластів і мітохондрій. Чітка просторова локалізація ферментів у клітині забезпечує їх узгоджену діяльність.

​