Контроль активности ферментов

Второй способ регуляции осуществляется путем увеличения (стимуляции) или подавления (ингибирования) активности ферментов. Это быстрый путь изменения метаболизма клетки. Для контроля активности уже имеющихся ферментов существует несколько основных механизмов. Аллостерическая регуляция предполагает наличие у молекулы фермента двух сайтов — каталитического и регуляторного. Под действием эффектора — небольшой молекулы, обратимо нековалентно связывающейся с регуляторным сайтом фермента, происходит конформационное изменение его каталитического сайга (рис. 9.1).

Каталитический и регуляторный сайты.

Рис. 9.1. Аллостерическая регуляция активности фермента 294.

Так, для аспартаткарбомоилтрансферазы из Е. coli ЦТФ (конечный продукт биосинтеза пиримидинов) является негативным эффектором, а АТФ — позитивным эффектором. Эффекторы изменяют К_т, но не максимальную скорость реакции (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Влияние негативного (ЦТФ) и позитивного (АТФ) эффекторов на кинетические характеристики (Т_тах и Км) аспартаткарбамоилтрансферазы из Е. coli.

Ковалентная модификация ферментов — это обратимый процесс, заключающийся в ковалентном связывании или удалении определенной группы, что изменяет активность фермента. Например, для активирования гликогенфосфорилазы из Neurospora crassa необходима ковалентная модификация молекулы фермента (рис. 9.3).

Рис. 93. Ковалентная модификация гликогенфосфорилазы из Neurospora crassa.

У Е. coli, наоборот, модифицированная форма глутаминсинтетазы менее активна.

Каждый биохимический путь имеет хотя бы один фермент, определяющий скорость всего процесса, так как катализирует самую медленную, лимитирующую скорость реакцию. Обычно таким «узким местом» является первая стадия процесса. Фермент «узкого места» обычно подвергается ингибированию конечным продуктом пути. Разветвленные биосинтетические пути достигают баланса между конечными продуктами через регулирование ферментов в точках разветвления. Регуляция сильно разветвленных путей основана на наличии изоферментов, разных ферментов, катализирующих аналогичные реакции. В таких условиях один из конечных продуктов уменьшает активность процесса, но не блокирует его полностью, поскольку некоторые изоферменты остаются активными.