ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Регуляция активности ферментов из "Химические основы жизни" Как отмечалось выше, ферменты являются катализаторами с регулируемой активностью. Регуляция активности ферментов является основным механизмом контроля за скоростью реакций, протекающих в биологических системах, и может осуществляться путем взаимодействия ферментов с модификаторами (как правило, это небольшие специфические молекулы и ионы), ускоряющими (активаторы) или замедляющими ингибиторы) скорость ферментативной реакции. Прежде чем рассмотреть механизмы активации и ингибирования ферментов, следует обратить внимание на способы количественного выражения активности ферментов. [c.112] Например, для определения активности лактатдегидрогеназы было взято 100 мгпечени. Эту навеску инкубировали в течение 15 минврастворе субстрата и обнаружили, что образовалось 210 мкмоль продукта, следовательно, в 1 г печени содержится 210/(0,1 15) = 140 ед. лактатдегидрогеназы. [c.113] Часто пгхоцят удельную активность фериептоъ, которая определяется как отношение числа единиц фермента в образце к его массе. Например, если в 1 г ткани печени содержится 140 ед. лактатдегидрогеназы и 200 мг белка, то удельная активность фермента равна 140/200 = = 0,7 мкмоль/(мин мг). Удельной активностью часто пользуются при очистке ферментов по мере удаления посторонних белков доля выделяемого фермента в препарате увеличивается, следовательно, возрастает его удельная активность. По возрастанию удельной активности оценивают эффективность отдельных стадий очистки. [c.113] Кофакторы являются не только структурными элементами ферментов, но и их активаторами. Активация кофакторами объясняется спецификой их участия в связывании субстрата и собственно в катализе. Особенно заметно активирующее влияние кофакторов при действии на фермент, который не насыщен кофакторами. [c.114] Ионы металлов являются довольно специфичными активаторами. Часто для некоторых ферментов требуются ионы не одного, а нескольких металлов. Например, для фермента Ма , -АТФаза, который осуществляет перенос однозарядных катионов через клеточные мембраны, в качестве активаторов необходимы ионы магния, натрия и калия. Активация ионами металлов осуществляется по разным механизмам. В некоторых ферментах они входят в состав каталитического участка. В ряде случаев ионы металлов облегчают присоединение субстрата к активному центру фермента за счет образования дополнительных связей. Иногда ион металла соединяется с субстратом, образуя своеобразный металлосубстратный комплекс, который предпочтителен для действия фермента. [c.114] В случае активации фермента самим субстратом активность фермента после достижения насыщающей концентрации субстрата не возрастает. Субстрат как активатор повышает стабильность фермента и облегчает формирование необходимой конформации активного центра фермента. [c.114] Для протеолитических ферментов характерен механизм активации путем частичного протеолиза, т. е. отщепления части полипептидной цепи фермента в результате неферментативного или ферментативного гидролиза. Такой способ активации имеет очень важное физиологическое значение для пищеварительных ферментов, которые образуются из неактивных форм проферментов) именно благодаря механизму активации частичным протеолизом (см. главу 12). [c.114] Ингибирование ферментов. Ингибирование ферментов представляет большой практический интерес для понимания механизмов ферментативного катализа, строения активных центров ферментов и является инструментом изучения роли отдельных химических реакций при расшифровке механизма действия различных ингибиторов, например лекарственных препаратов, ядохимикатов и др. [c.114] Следует различать смысл терминов ингибитор и инактиватор . Об инактивации правильнее говорить в случае торможения реакции под действием агентов, денатурирующих фермент. Но следует отметить, что нередко вещество в небольших концентрациях является ингибитором, а в больших — инактиватором. [c.114] При обратимом ингибировании равновесие между ингибитором и ферментом устанавливается довольно быстро. Комплекс фермент—обратимый ингибитор довольно лабилен, вследствие чего быстро диссоциирует, при этом активность фермента восстанавливается. Примером обратимого ингибирования является образование молекулярного комплекса оксида углерода СО с гемом гемоглобина, который может быть разрушен введением в организм избытка кислорода. [c.115] Классическими вариантами ингибирования являются конкурентное, неконкурентное, бесконкурентное и субстратное ингибирование. [c.115] Снять конкурентное ингибирование можно избытком субстрата, вытесняющего ингибитор из активных центров фермента и тем самым повышающего его активность. [c.116] Данная реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой. Эту реакцию можно эффективно затормозить путем введения большой, почти токсической дозы этанола. Этанол является конкурентным ингибитором алкогольдегидрогеназы и тем самым предотвращает окисление этиленгликоля в альдегидное производное. В результате этиленгликоль выводится, не причиняя вреда организму. Этот же принцип лежит в основе лечения отравлений метанолом (см. главу 16). [c.117] Зависимость в координатах Лайнувера—Берка представляет собой пучок прямых, пересекающихся на оси абсцисс (см. табл. 2.5). [c.118] Примером неконкурентного ингибитора являются анионы N, которые прочно связываются ионом Fe , входящим в каталитический участок геминового фермента — цитохромоксидазы. Блокада этого фермента выключает дыхательную цепь, и клетка погибает. Токсичность действия ионов тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия, мышьяка) и их органических соединений также обусловлена неконкурентным ингибированием, механизм которого заключается в блокировании сульфгидрильных групп каталитического участка фермента (подробнее о токсическом действии различных ионов металлов см. в главе 4). Снять действие неконкурентного ингибитора избытком субстрата нельзя, это можно сделать лишь веществами, прочно связывающими ингибитор, — реактиваторами (рис. 2.8). [c.118] Комплекс ES2 непродуктивен и делает молекулу фермента неактивной. [c.119] Аллостерическая регуляция ферментативной активности. Аллостеричес-кий тип регуляции активности характерен для особой группы ферментов с четвертичной структурой, имеющих регуляторные центры для связывания аллостерических эффекторов (ингибиторов или активаторов). Механизм действия аллостерических эффекторов заключается в изменении конформации активного центра, затрудняющем или облегчающем превращение субстрата. Некоторые ферменты имеют несколько аллостерических центров, чувствительных к различным эффекторам. Роль аллосте-рического эффектора зачастую выполняют метаболиты, гормоны, ионы металлов, коферменты, а иногда и молекулы субстрата. Аллостерические ферменты отличаются от прочих ферментов особой S-образной кривой зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (рис. 2.9). Такой характер зависимости свидетельствует о том, что активные центры субъединиц функционируют кооперативно, т. е. сродство каждого следующего активного центра к субстрату определяется степенью насыщения предыдущих центров. [c.119] Различают гетеротропные и гомотропные аллостерические эффекторы (ингибиторы и активаторы). Гетеротропные эффекторы отличаются по своей химической структуре от субстрата, примером чему может служить УТФ как аллостерический ингибитор карбомоилфосфатсинтетазы II. Гомо-тропная аллостерическая регуляция осуществляется самим субстратом присоединение субстрата к одному протомеру фермента изменяет конформацию всего белка, при этом может изменяться и активность других протомеров. [c.120] Вернуться к основной статье