Механизмы регуляции ферментативной активности

Что такое активность ферментов?
При исследовании фермента определяется не количество фермента, а его активность, поскольку весовое содержание фермента в биологических системах трудно определить
Мерой активности фермента является скорость катализируемой им реакции, которая называется стационарной скоростью (обозначается ), равна половине максимальной скорости
В свою очередь скорость определяется убылью субстрата или накоплением продукта реакции, которая определяется аналитически, обычно фотометрическим методом
1

Ингибиторами ( обозначаются буквой I ) наываются вещества, которые понижают активность ферментов, т е уменьшают скорость ферментативных реакций. Напомню, что именно скорость реакции является мерой ферментативной активности .
По характеру взaимодействия ингибитора с ферментом ингибиторы подразделяются на ингибиторы обратимого действия
E + I EI
и ингибиторы необратимого действия
E + I EI,
где Е I - неактивный фермент-ингибиторный комплекс
2

По месту взимодействия ингибитора с ферментом ингибиторы подразделяются на ингибиторы конкурентного действия
E + S ES P + E
E + I EI
когда ингибитор связывается с активным центром фермента, конкурируя с субстратом,что возможно,если ингибитор структурно похож на субстрат и неконкурентного действия ( схема на след. слайде). Неконкурентные ингибиторы не имеют структурного сходства с субстратом и связываются вне области активного центра, поэтому его связывание происходит и с ферментом E, и с фермент-субстратным комплексом ES .
3

4

E + S ES E + P
E + I EI
ES + I ESI
5
С хема неконкурентного ингибирования, когда ингибитор связывается и с ферментом Е, и с фермент-субстратным комплексом ES, образуя фермент-субстрат-ингибиторный комплекс, И ES , и ESI далее не превращаются в конечный продукт. Примеры неконкурентных ингибиторов – ионы некоторых тяжелых металлов

6

Обеспечивают нативную конформацию активного центра фермента
Стабилизируют конформацию белковой молекулы фермента
Непосредственно участвуют в ферментативном катализе
ПРИМЕРОМ ЯВЛЯЕТСЯ АКТИВАЦИЯ ВСЕХ АТФ- ЗАВИСИМЫХ ФЕРМЕНТОВ ИОНАМИ МАГНИЯ
АПОФЕРМЕНТ
Mg++ - АТФ
7

Активация ферментов ограниченным протеолизом
8

9

АКТИВАЦИЯ ПРОТЕКТОРАМИ
Протекторы ( глутатион, унитиол ) – низкомолекулярные вещества, содержащие SН-группы, которые способны связывать тяжелые металлы (тиоловые яды,например, ионы ртути Hg), тем самым защищая SН-группы ферментов
10

Регуляция скорости реакции в клетке осуществляется
на 3-х независимых уровнях:
Регуляция количества фермента в клетке
Наличие и концентрация субстрата в клетке
Изменение активности фермента
11

Регуляция активности ферментов
БЫСТРАЯ
(Секунды,
десятки секунд )
МЕДЛЕННАЯ
(Часы, сутки)
(на уровне гена)
12

Изменение количества молекул фермента
Это медленная регуляция, осуществляется метаболитами, гормонами и др
Концентрация фермента в клетке определяется соотношением двух процессов: синтеза и распада. Наиболее изучен механизм регуляции синтеза фермента на уровне транскрипции (синтеза мРНК), который регулируется определенными метаболитами, гормонами и рядом биологически активных молекул
.
13

14

Аллостерическая регуляция
Характерна для олигомерных ферментов (четвертичная структура). В структуре имеются каталитические протомеры( с активным центром) и протомеры - регуляторные ( с аллостерическим центром)
Аллостерические ферменты меняют активность не только от концентрации субстрата, но и под действием эффекторов (результат- изменение конфигурации молекулы и активного центра).
Аллостерические ферменты- регуляторные ферменты метаболических путей, катализируют 1-ю, самую медленную реакцию метаболического пути.
Активность остальных ферментов этого пути от [S]
S P 1 P2 P3→ P
E1
E2
E3
E4
15

16

17

17

Регуляция путём
фосфорилирования-дефосфорилирования
Фосфорилированию подвергаются ОН-группы фермента, которое осуществляется ферментами протеинкиназами (фосфорилирование) и фосфатазами (дефосфорилирование)
Присоединение остатка фосфорной кислоты приводит к изменению конформации активного центра и его каталитической активности. При этом результат может быть двояким: одни ферменты при фосфорилировании активируются, другие, напротив, становятся менее активными
18

19

20

Регуляция активности путем ассоциации/диссоциации
Ассоциация – нековалентная модификация обратимая Ферменты - олигомерные белки.Например, два белка, состоящие из 4 субьединиц (неактивных),ассоциируют с образованием ассоциата из 8 – уже активному
+
E неактивный E активный
Пример – ацетилКоА-карбоксилаза (Синтез ВЖК)
21