Ферменты модификация аллостерическая и ковалентная

Рис. 22.2. Ключевые ферменты, участвующие в регуляции гликолиза, глюконеогенеза и метаболизма гликогена в печени. Указанное на схеме место действия гормона не предполагает прямого влияния на соответствующий фермент. Влияние сАМР на фосфофруктокиназу-1 и на фруктозо-1,6-бисфосфатазу осуществляется путем сочетания ковалентной модификации и аллостерического эффекта (см. рис. 22.4). Аланин в высоких концентрациях ингибирует гликолиз на стадии, катализируемой пируваткиназой, и, таким образом, действует как сигнал глюконеогенеза .

Существуют относительно быстрые регуляторные механизмы, которые направлены непосредственно на ферменты. Так, практически неактивный фермент может превращаться в активную форму путем ковалентной модификации [72] >. Иногда ковалентная модификация, напротив, приводит к инактивации фермента. Так, активности двух ферментов, участвующих в метаболизме гликогена — гликогенфосфорилазы и гликогенсинтетазы, — регулируются с помощью фосфорилирования (переноса концевой фосфатной группы от АТР на определенный остаток серина см. гл. 11, разд. Е, 3)- >. Прн этом фермент, катализирующий распад гликогена (фосфорилаэа Ь), превращается в более активную форму (фосфорилазу а), а фермент, катализирующий синтез гликогена, — в неактивную форму. В результате направление клеточного метаболизма изменяется от запасания полисахарида (гликогена) к его деградации, что обеспечивает клетку энергией. Дефосфорилирование обоих ферментов катализируется фосфатазой, переводящей ферменты в исходное состояние (рис. 6-15). Как фермент, катализирующий модификацию (киназа гл. 7, разд. Д, 6), так и фосфатаза регулируются по аллостерическому механизму. Эти довольно сложные механизмы способны за очень короткий промежуток времени обеспечить клетку модифицированным ферментом. [c.69]

Активность регуляторных ферментов контролируется не только аллостерически, но и с помощью обратимой химической ковалентной модификации, чаще всего путем фосфорилирования-дефосфо-рилирования ключевого фермента (Е —> ЕФ). [c.462]

Регуляция метаболизма осуществляется различными путями. Количество некоторых лимитирующих ферментов контролируется скоростью синтеза и распада белка. Кроме того, каталитическая активность ряда ферментов регулируется аллостерическими взаимодействиями (как при ингибировании по принципу обратной связи) и ковалентными модификациями. Компартментация и разобщение путей биосинтеза и расщепления также вносят определенный вклад в регуляцию обмена веществ. Энергетический заряд, зависящий от относительных количеств АТР, ADP и АМР, также участвует в механизмах регуляции. Высокий энергетический заряд ингибирует процессы, связанные с генерированием АТР (катаболиче-ские пути), но стимулирует использование АТР (анаболические пути). [c.21]

Кроме каталитической активности не- которые ферменты обладают также и регуляторной активностью. Они служат как бы дирижерами , задающими темп метаболическим процессам. Некоторые регуляторные ферменты, называемые аллостерическими, регулируют скорость реакций путем обратимого нековалентного присоединения специфических модуляторов, или эффекторов, к регуляторному, или аллостерическому, центру фермента. Такими модуляторами могут быть либо сами субстраты, либо какие-то промежуточные продукты метаболизма. К другому классу относятся регуляторные ферменты, способные изменять свою активность путем ковалентной модификации содержащихся в них специфических функциональных групп, необходимых для активности фермента. Некоторые ферменты существуют в нескольких формах, называемых изоферментами, которые различаются по своим кинетическим характеристикам. Многие генетические заболевания человека обусловлены нарушением в результате мутаций функционирования одного или нескольких ферментов. [c.268]

Главный механизм регуляции метаболизма-контроль количества некоторых ферментов. Этот механизм широко исследовался у бактерий. Регуляция скорости синтеза (3-галактозидазы и других белков, необходимых для использования лактозы, представляет собой классический пример, который детально рассматривается в гл. 28. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что регуляции подвержена также скорость расщепления некоторых ферментов. Регуляция метаболизма достигается и путем контроля каталитической активности определенных ферментов. Общий и важный механизм регуляции - обратимый аллостерический контроль. Например, во многих биосинтетических процессах имеет место аллостерическое ингибирование первой реакции конечным продуктом процесса это взаимодействие называют ингибированием по принципу обратной связи, или ретроингибированием. Активность некоторых ферментов модулируется также путем ковалентных модификаций, таких, как фосфорилирование специфического серинового остатка. [c.19]

Активность регуляторных ферментов контролируется не только аллостерически, но и с помощью обратимой химической ковалентной модификации, чаще всего путем фосфорилирования — дефосфорилирования ключевого фермента. Например, как отмечалось ранее (гл. 18 и 20), фосфорилирование активирует гликогенфосфорилазу и ингибирует гликогенсинтазу — фермент, катализирующий реакцию, обратную действию первого фермента, т. е. процессы, противоположно направленные, скоординированы таким образом, что, когда один из этих путей проявляет высокую активность, другой бездействует. Ковалентная модификация регуляторных ферментов — это заключительная стадия каскада реакций, передающих и усиливающих регуляторное действие некоторых гормонов (например, адреналина, глюкагона) непосредственно на обмен веществ в клетке. [c.448]

В процессе регуляции ферментативной активности путем ковалентной модификации [21] происходит ковалентное связывание лиганда с ферментом, а не простое обратимое, как при аллостерической регуляции. Это ковалентное связывание катализируется другим ферментом, как показано на рис. 18.3. Активный (взаимно превращаемый) фермент превращается в неактивный с помощью другого фермента (инактивирующего), который ковалентно модифицирует первый. Другой фермент (активирующий) катализирует переход фермента в исходное активное состояние путем удаления появившихся ковалентных связей. [c.408]

Итак, при аллостерической регуляции активность фермента изменяется в результате конформационных изменений его структуры, индуцированных присоединением небольшой молекулы эффектора. Этот переход аллостерического фермента из одного состояния в другое не сопровождается образованием ковалентной химической связи. В последние годы стало известно о важной роли еще одного способа регуляции метаболизма изменения активности ферментов в результате ковалентной модификации их структуры. В некоторых случаях активная и неактивная формы фермента различаются числом содержащихся в них аминокислотных остатков. Переход из одной формы в другую осуществляется в результате ограниченного протеолиза. Это высокоспецифический необратимый процесс, который может инициировать физиологическую функцию путем превращения белка-предшественника в его активную форму. С другой стороны, ограниченный протеолиз может служить механизмом, обеспечивающим прекращение какой-либо биологической активности. [c.13]

Большинство изменений метаболизма прямо или косвенно зависит от изменения доступности субстратов. Колебания концентрации субстратов в крови, обусловленные изменением их содержания в поступающей пище, могут влиять на скорость секреции гормонов, что в свою очередь вызывает изменения относительных скоростей различных путей метаболизма (часто путем влияния на активность ключевых ферментов, в результате чего компенсируется изменение доступности субстрата). Среди механизмов, регулирующих активность ферментов, участвующих в углеводном обмене, можно выделить три группы (табл. 22.1) (1) изменение скорости биосинтеза ферментов (2) изменение активности фермента в результате ковалентной модификации (3) аллостерические эффекты. [c.214]

После точного, чувствительного и стандартизированного определения активности фермента можно переходить к выяснению вопроса о том, подвергается ли фермент одному или нескольким процессам регуляции метаболизма. Показано, что у бактерий существуют два основных типа регуляции ферментативной активности — аллостерический и ковалентная модификация. [c.406]

Конечные продукты обмена глутамина (гистидин, глюкозо-6-фосфат, АМФ, пАМФ и др.), как и Гли, и Ала, оказались аллостерическими ингибиторами глутаминсинтетазы. Фермент подвергается также ковалентной модификации путем аденилирования-деаденили-рования (остаток Тир), и тогда он оказывается более чувствительным к аллостерическим ингибиторам. Суммарный тормозящий эффект превышает действие одного какого-либо ингибитора. Этот тии регуляции известен как согласованное ингибирование. [c.447]

Некоторые более сложные регуляторные ферменты модулируются посредством ковалентных и нековалентных механизмов. Такие ферменты катализируют реакции, представляющие собой наиболее важные этапы метаболизма поэтому они взаимодействуют со множеством регуляторных метаболитов, осуществляющих как аллостерическую, так и ковалентную модификацию этих ферментов. К подобным ферментам относится только что рассмотренная глико-генфосфорилаза. Хотя регуляция этого фермента осуществляется в основном через ковалентную модификацию, как описано выще, возможно также и нековалентное (аллостерическое) взаимодействие его с аденилатом, который является активирующим модулятором фосфорилазы Ь (гл. 20). [c.264]

Другой пример - глутаминсинтетаза Е. соИ, один из наиболее сложных регуля-торньк ферментов, известных в настоящее время. Она взаимодействует со многими аллостерическими модуляторами и регулируется также путем обратимой ковалентной модификации (гл. 23). Оба этих фермента будут обсуждаться дальше в связи с их ролью в метаболизме. [c.264]

Рис. 22-9. Аллостерическое ингибирование глутаминсинтетазы у Е. соИ. У этого организма глутамин является предшественником указанных здесь продуктов. Все они способны ингибировать фермент по типу обратной связи. Такое действие нескольких отрицательных модуляторов называется согласованным ингибированием. Глутаминсинтетаза резко ингибируется также избытком АТР, под влиянием которого она переходят в неа ивную форму вследствие ковалентной модификации тех остатков тирозина в ее субъединицах, которые важны для каталитической активности. В животных тканях активность глутаминсинтетазы регулируется гораздо более простым способом.

На примере метабо зма гликогена хорошо видно, что если в качестве с стратов выступают ферменты, то фосфорилирование часто приводит к изменению Кы для субстрата, /(а —для активатора и / i —для ингибитора. Субстраты, активаторы и ингибиторы могут в свою очередь влиять на скорость реакций фосфорилирования и дефосфорилирования ферментов, усиливая или ослабляя таким образом эффективность ковалентной модификации. Процессы фосфорилирования—дефосфорилирования, влияние аллостерических эффектов и наличие определенных субстратов в совокупности обеспечивают интеграцию внеклеточной (нервной и гормональной) и внутриклеточной информации, что и обусловливает необходимую in vivo активность соответствующего метаболического пути. Степень влияния фосфорилирования на активность определенного фермента in vivo зависит от метаболического состояния клетки. Некоторые ферменты, являющиеся субстратами сАМР-ПК, рассмотрены ниже. [c.87]

Какова природа изменений активности фермента, вызываемых связыванием аллостерического эффектора или ковалентной модификацией (например, фосфорилированием) Почему графики зависимости активности фермента от концентрации субстрата или эффектора часто имеют сигмоидный характер Для ответа на эти вопросы необходимо сначала определить трехмерную структуру фермента при высокой степени разрешения, а затем установить, какие именно изменения конформации фермента происходят при связывании субстратов и эффекторов или при ковалентной моди--фикации. Только для двух ферментов, рассмотренных в гл. 2, 4 и 5 —АТКазы [1] и фосфорилазы [2—4],— получены рентгеноструктурные данные с разрешением 0,3 нм. И даже для этих ферментов представления о природе конформационных изменений при действии -аллостерических эффекторов имеют предварительный характер. Имеются данные о том, что при переходе АТСазы из активного в неактивное состояние происхо-.дит небольшое увеличение объема молекулы фермента сохранение структуры R — R (рис. 2.12) позволяет предполагать, что при этом изменяется положение тримеров, образованных каталитическими субъединицами, относительно димеров регуляторных субъединиц. [c.135]

Ферменты, катализирующие неравновесные реакции, чаще всего являются аллостерическими, и их регуляция быстро осуществляется по принципу обратной связи или прямой связи под действием аллостерических модуляторов в ответ на потребности клетки (см. гл. 9). Другие механизмы регуляции, связанные с действием гормонов, обеспечивают потребности организма в целом. Гормональная регуляция осуществляется с помощью нескольких механизмов (см. гл. 43), одним из которых является ковалентная модификация фермента путем фосфорилирования и дефосфорилирования. Этот процесс протекает быстро одной из промежуточных стадий часто является образование сАМР, который в свою очередь стимулирует переход фермента из одной (например, неактивной) формы в другую. В процессе участвуют далее сАМР-зависимая протеинкиназа, которая катализирует фосфорилирование фермента, или специфические фосфатазы, катализирующие его дефосфорилирование. Активной формой может быть либо фосфорилированный фермент, как в случае ферментов, катализирующих пути катаболизма (например, фосфорилаза а), или дефосфорилирован-ный фермент, как в случае ферментов, катализирующих процессы биосинтеза (например, г.шкогенсинта-за а). [c.214]

Ковалентная модификация. Некоторые регуляторные ферменты контролируются не только аллостерически, но и с помощью ковалентной модификации. Например, фосфорилирование повышает каталитическую активность гликоген-фосфорилазы и снижает активность гликоген-синтазы. Эти ковалентные модификации катализируются особыми ферментами. Еще один пример - глутамин-синтетаза, активность которой снижается при ковалентном присоединении остатка АМР. И в этом случае присоединение и отщепление модифицирующей группы катализируется специальными ферментами. Зачем же используется ковалентная модификация наряду с нековалентной аллостерической регуляцией Ковалентная модификация ключевых ферментов метаболизма - заключительная стадия каскада реакций, усиливающего сигнал. Благодаря этому метаболический путь может быстро включаться и выключаться под действием очень слабых сигналов, как это показано на примере стимулирующего влияния адреналина на расщепление гликогена. [c.283]

Стратегия метаболизма состоит в том, чтобы генерировать АТР, восстановительную способность и строительные блоки для биосинтетических процессов. Эта сложная система реакций регулируется аллостерическими взаимодействиями, обратимыми ковалентными модификациями, изменениями в количестве ферментов, компартмен-тацией и взаимодействиями между метаболически специализированными органами. Фермент, катализирующий решающий этап метаболического пути, является обьпно важнейшим регуляторным пунктом. В качестве примеров можно привести фосфофруктокиназу в гликолизе и ацетил-СоА— карбоксилазу в синтезе жирных кислот. Пути, идущие в противоположных направлениях, например клюконеогенез и глико- [c.296]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология