также Аллостерические ферменты, Регуляторные ферменты

В реальных условиях клеточного метаболизма концентрация субстрата, потребляемого в ферментативных реакциях, изменяется не только в результате самой реакции, но и за счет притока его в реакционный объем. Одновременно происходит и отток продукта из сферы реакции в другие области, где он используется в дальнейших метаболических превращениях. Иными словами, в клетке каждая отдельная реакция, так же как и их совокупность, представляет собой открытую систему, обладающую механизмами саморегуляции. Одним из самых мощных способов регуляции ферментативного процесса является изменение активности фермента с помощью различных ингибиторов. Существуют, как известно, конкурентные ингибиторы, занимающие места субстрата в активном центре фермента с образованием неактивного комплекса. Возможно также неконкурентное, или аллостерическое, ингибирование, при котором ингибитор не имеет структурного сродства с субстратом и присоединяется не к активному центру фермента, а к определенным местам белковой глобулы, вызывая деформацию фермента. Регуляторные эффекты могут осуществляться также по принципу обратной связи, когда при больших концентрациях субстрата или продукта угнетается реакция. Наряду с ингибиторами имеются и активаторы — вещества, повышающие активность фермента. Активирующий эффект может оказывать и сам продукт реакции (активация продуктом). [c.39]

Аллостерические ферменты имеют каталитический и регуляторный (аллостерический) центры, пространственно разобщенные, но функционально тесно взаимосвязанные. Каталитическая активность фермента меняется в результате связывания с его регуляторным центром определенных метаболитов, называемых эффекторами. Кроме конечных продуктов данного пути, эффекторами могут быть субстраты ферментов, а также некоторые конеч- [c.115]

Согласованно действуют также регуляторные ферменты гликолиза и цикла лимонной кислоты. Когда АТР (образующийся в результате окислительного фосфорилирования) и цитрат (первый промежуточный продукт цикла лимонной кислоты) накапливаются в количествах, превышающих их обычный уровень, они, действуя согласованно, вызывают аллостерическое ингибирование фосфофруктокиназы (рис. 17-29), причем эффект от такого двойного ингибирования оказывается большим, чем сумма индивидуальных эффектов. Таким образом, гликолиз контролируется целой сетью [c.543]

Подобные типы ингибирования конечным продуктом и активирования первым продуктом свойственны аллостерическим (регуляторным) ферментам, когда эффектор, модулятор, структурно отличаясь от субстрата, связывается в особом (аллостерическом) центре молекулы фермента, пространственно удаленном от активного центра. Следует, однако, иметь в виду, что модуляторами аллостерических ферментов могут быть как активаторы, так и ингибиторы. Часто оказывается, что сам субстрат оказывает активирующий эффект. Ферменты, для которых и субстрат, и модулятор представлены идентичными структурами, носят название гомотропных в отличие от гетеротропных ферментов, для которых модулятор имеет отличную от субстрата структуру. Взаимопревращение активного и неактивного аллостерических ферментов в упрощенной форме, а также конформационные изменения, наблюдаемые при присоединении субстрата и эффекторов, представлены на рис. 4.25. Присоединение отрицательного эффектора к аллостерическому центру вызывает значительные изменения конфигурации активного центра молекулы фермента, в результате чего фермент теряет сродство к своему субстрату (образование неактивного комплекса). [c.156]

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]

Фосфофруктокиназа - наиболее важный регуляторный компонент гликолиза. Этот тетрамерный фермент ингибируется высокими концентрациями АТР, снижающими его сродство к фруктозо-6-фосфату. Если реакция протекает в присутствии высоких концентраций АТР, то кинетика фосфофрукто-киназной реакции описывается не гиперболической кривой, а сигмоидной (рис, 12,9). Этот аллостерический эффект усиливается при связывании АТР с высокоспецифичным регуляторным центром, локализованным отдельно от каталитического центра. Ингибиторный эффект АТР обращается под действием АМР. Следовательно, активность фермента возрастет при снижении отношения [ЛТР]/[ЛМР]. Другими словами, гликолиз стимулируется в условиях низкого энергетического заряда клетки. Как уже упоминалось, гликолиз поставляет также углеродный скелет для процессов биосинтеза. Следовательно, регуляторное действие на фосфофруктокиназу будут, очевидно, оказывать также сигналы об избытке или недостатке строительных блоков. Действительно, фосфофруктокиназа ингибируется цитратом, ранним промежуточным продуктом в цикле трикарбоновых кислот (разд. 13.2). Высокое содержание цитрата [c.34]

Фермент является тетрамером и в тканях млекопитающих представлен тремя изоформами, среди которых наиболее распространены L-пируваткиназа, или печеночный изозим, и М пируваткиназа, иначе мышечный изозим. Общепризнанным является представление о L-пи-руваткиназе печени как об одном из ключевых ферментов гликолиза. Проблема регуляторной роли jWi-пируваткиназы в контролировании гликолиза в скелетной мышце остается нерешенной. Отчасти это связано с тем, что к пируваткиназе мышечной ткани применимы не все критерии, согласно которым, по современным представлениям, фермент может выдвигаться на роль ключевого. В частности, является спорным вопрос об аллостерической природе фермента, а также о проявлении им кооперативных свойств при взаимодействии с субстратами. Возможная причина противоречий связана, по-видимому, с выраженной конформационной подвижностью [-изозима пируваткиназы, вследствие чего фермент утрачивает кооперативные свойства при изменении pH или ионного состава среды. [c.333]

Аллостерические ферменты — белки с высокой молекулярной мас- сой, состоящие из нескольких субъединиц одного или разного типа. В первом случае каждая субъединица содержит каталитический и регуляторный (аллостерический) центры. Во втором —один субъединицы обладают каталитической активностью, другие выполняют регуляторную функцию. Таким образом, каталитический и регуляторный центры -в молекуле аллостерического фермента пространственно разобщены, но функционально они тесно взаимосвязаны. Каталитическая активность аллостерического фермента меняется в результате связывания с его регуляторным центром определенных метаболитов, называемых эффекторами, реже модуляторами, или модификаторами. Кроме конечных продуктов данного пути, эффекторами могут быть субстраты -ферментов, а также некоторые конечные продукты родственных метаболических путей. Если действие эффектора приводит к понижению каталитической активности фермента, такой эффектор называется от- рицательным, или ингибитором. Положительным называют эффектор,. действие которого повышает каталитическую активность фермента. [c.111]

Полная надежность этого регуляторного механизма и аналогичное регулирование обратного (биосинтетического) процесса обеспечиваются тем, что большинство фруктозо-1,6-дифосфатаз, специфичных ферментов, катализирующих гидролитическое превращение фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат (реакция XI.5а), ингибируется высокими концентрациями субстрата, а также АМФ (последнее в результате аллостерического эффекта). [c.287]

Другой механизм, значительно быстрее срабатывающий и тонко сбалансированный, заключается в воздействии на скорость и интенсивность одной или нескольких чувствительных ферментативных реакций. Иными словами, это механизм, действующий на уровне обмена веществ в собственном смысле слова. Обычно особенно чувствительны к этому общему регуляторному механизму начальные и завершающие реакции специфических метаболических цепей, т. е. те задающие скорость ферменты, о которых мы говорили выше. Часто бывает также, что эта регуляция, которая может быть как положительной активация), так и отрицательной ингибирование), осуществляется одним из конечных продуктов данной цепи реакций. По этой причине ингибиторный тип регуляции, который был открыт первым — при изучении торможения одного из начальных этапов биосинтетической цепи реакций конечным продуктом этой цепи,— был назван ингибированием по типу обратной связи, или ретроингибированием. Поскольку такое ингибирование первых этапов катаболизма (или противоположный процесс — активация) вызывается веществами, весьма далекими как в метаболическом, так и в структурном отношении от субстратов ингибируемых реакций, то можно предположить, что здесь имеют место аллостерические эффекты, т. е. конформационные изменения соответствующих ферментных белков, обусловленные наличием второго контактного участка, независимого от активного центра фермента. [c.277]

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]

Все это показывает, как широко используется ультрацентрифугирование при изучении нуклеиновых кислот и биосинтеза белка. Ультрацентрифугирование незаменимо также при все более расширяющемся изучении смежных проблем — в частности при изучении механизмов регуляции ферментативных реакций. Метаболические потребности клетки удовлетворяются, как известно, благодаря тонкой согласованности скоростей различных биохимических последовательностей. Такая согласованность возможна благодаря чувствительности аллостерических ферментов к изменениям концентраций отдельных метаболитов, что в свою очередь зависит от конформационных изменений, вызываемых соответствующим метаболитом и, очевидно, передающихся путем взаимодействия субъединиц ферментного белка. Успехи, достигнутые в изучении свойств аллостериче-ского фермента — аспартат-карбамоилтрансферазы, хорошо иллюстрируют большое значение ультрацентрифугирования — особенно когда оно используется в сочетании с другими методами анализа. Так, Герхарт и Шахман [5] показали, что этот фермент, представляющий собой глобулярный белок с молекулярной массой около 3-10 , после обработки соединениями ртути распадается на субъединицы двух типов. Каталитической активностью обладают лишь субъединицы одного типа, в субъединицах же другого типа, не обладающих каталитической активностью, находится центр по которому происходит присоединение цитидинтрифосфата. С этой регуляторной субъединицей связывается 5-бромцитидин-трифосфат, о чем свидетельствует соответствующая картина седиментации. Позже Вебер [6] определил аминокислотный состав и Ы-концевые остатки субъединиц обоих типов и установил, что одна молекула фермента содержит четыре регуляторных и четыре каталитических субъединицы. [c.9]

На рис. 20-2 указаны регуляторные пункты глюконеогенеза и гликолиза. Первым таким пунктом в глюконеогенезе является реакция, катализируемая регуляторным ферментом пируваткарбоксилазой. Этот фермент практическч неактивен в отсутствие ацетил-СоА, который играет роль его положительного аллостерического модулятора. Поэтому биосинтез глюкозы из пирувата усиливается всякий раз, когда в клетке накапливается больше митохондриального ацетил-СоА чем ей в данный момент требуется в качестве топлива для цикла лимонной кислоты. Поскольку ацетил-СоА служит вместе с тем также отрицательным, или ингибирующим, модулятором пируват- [c.606]

Следует подчеркнуть, что не существует строгой границы между регуляторными белками и аллостерическими ферментами. Есть много данных, свидетельствующих о том, что в пути биосинтеза пуринов у дрожжей первый фермент на этапе превращения инозиновой кислоты (ИМФ) в аденозинмонофосфат (АМФ), аденилсукцинатсинтетаза, контролирует образование ранних ферментов пути биосинтеза ИМФ, т. е. является также репрессором. Однако наибольшее значение в регуляции транскрипции имеет сочетание ферментативных и регуляторных свойств у самого фермента транскрипции — ДНК-зависимой РНК-полимеразы. [c.21]

Гл. 7 содержит основные сведения по кинетике действия ферментов, занимающих ключевые позиции в клеточном метаболизме, — аллостерических ферментов. Необычные кинетические свойства аллостерических ферментов, важные для выполнения ими регуляторных функций (положительная или отрицательная кинетическая кооперативность по субстрату, т. е. случаи, когда коэффициент Хилла больше или меньше единицы), связаны с их субъединичной структурой и как следствие с наличием в молекуле фермента нескольких активных центров. Если каталитическая эффективность активных центров изменяется по мере насыщения их субстратом в молекуле фермента (это означает, что существуют взаимодействия между активными центрами), то зависимость скорости ферментативной реакции (1 ) от концентрации субстрата (8) обнаруживает отклонения от закона Михаэлиса— Ментен. Следует подчеркнуть, что положительная и отрицательная кинетическая кооперативность по субстрату не являются единственными типами кинетического проявления взаимодействия активных центров в аллостерических ферментах Аллостерические взаимодействия могут приводить также к появлению максимумов и промежуточных плато на кривых зависимости I от [8]о. Для исследования подобных сложных зависимостей потребовалось изменить привычную стратегию постановки кинетического эксперимента, пригодную для изучения гиперболических зависимостей V от [З] во-первых, зкспериментаторам пришлось [существенно увеличивать интервал концентраций субстрата, в котором проводились измерения начальных скоростей ферментативной реакции, и, во-вторых, более густо располагать точки по оси концентраций субстрата. Кроме того, потребовалось повысить точность кинетических экспериментов. Применение подобной измененной стратегии к изучению ферментов, не являющихся объектом аллосте-рической регуляции в клетке, показало, что утверждение, гласящее, что большинство ферментов следует кинетике Михаэлиса— [c.6]

Известны также и другие зависимости. Экспериментально наблюдаются зависимости скорости реакции от концентрации субстрата с экстремумом (рис. 2.7, кривая 6) или с ускорением на начальном этапе (рис. 2.7, кривая в). За каждым из этих случаев стоит соответствующий механизм, который приводит к тому или иному типу зависимости. Для этих реакций уравнение Михаэлиса—Ментен не описывает экспериментально наблюдаемой зависимости скорости от концентрации субстрата. Эти случаи связаны со значительными изменениями в механизме реакции и, как правило, вызывают интерес исследователей, поскольку эффекты такого рода имеют большое регуляторное значение. Известно несколько механизмов, приводящих к немихаэлисовым зависимостям скорости реакции. Все эти механизмы связаны с взаимодействием с ферментом нескольких молекул субстрата. Отклонения могут быть вызваны ингибированием или активацией реакции избытком субстрата, а также аллостерическими эффектами. [c.101]

Эффектор присоединяется не к каталитическому активному центру фермента, а к специальному регуляторному центру, который называют также аллостеричес-ким центром ( в другом месте расположенный центр ). Аллостерические ферменты построены, как правило, из двух или большего числа субъединиц. На рис. 2.25 представлена схема аллостерического ингибирования фермента. Одна субъединица имеет каталитический центр (каталитическая субъединица), другая — регуляторный центр (регуляторная субъединица). В отсутствие аллостерического ингибитора субстрат присоединяется к каталитическому активному центру и происходит реакция. Если в среде есть аллостерический ингибитор, он присоединяется к регуляторному центру, что ведет к изменению конформации регуляторной субъединицы вследствие этого изменяется конформация и каталитической субъединицы, в том числе каталитического активного центра. В результате активность фермента снижается. Чем выше концентрация аллостерического ингибитора, тем больше молекул фермента блокируется им и тем меньше скорость превращения [c.92]

Моно, Шанжё и Жакоб в классическом обзоре [6] лри рассмотрении свойств треониндезаминазы и других ферментов, участвующих в регуляции метаболизма, ввели термин аллостерический эффектор для регуляторной молекулы (например, L-изолейцина), которая ингибирует (или активирует) определенный фермент. Суть концепции авторов отражена в приводимой ниже цитате из их обзора. Аллостерический эффектор специфически и обратимо связывается с аллостериче-ским участком, фермента. Образование такого комплекса не сопровождается никакой реакцией, в которой участвовал бы сам эффектор, но приводит к скачкообразному обратимому изменению молекулярной структуры белка, т. е. к аллостерическому переходу, при котором изменяются свойства активного центра в результате один (или несколько) кинетических параметров, характеризующих активность фермента, также изменяется. Абсолютно необходимое, хотя и отрицательное положение, предусматриваемое данной концепцией, состоит в том, что аллостерический эффектор не должен иметь какого-либо определенного химического или метаболического отношения к самому субстрату, поскольку эффектор связывается с участком вне активного центра и не участвует в катализируемой реакции. Вот почему специфичность и конкретное проявление любого аллостерического эффекта обусловлены исключительно структурой самой [c.13]

Первой реакцией биосинтеза жирных кислот, катализируемой ацетил-СоА-карбоксилазой и осуществляемой за счет энергии АТР, является карбок-силирование ацетил-СоА источником СО2 является бикарбонат. Для функционирования фермента необ-ходам витамин биотин (рис. 23.5). Этот фермент состоит из переменного числа одинаковых субъеданиц, каждая из которых содержит биотин, биотинкарбок-силазу, карбоксибиотин-переносящий белок, транс-карбоксилазу, а также регуляторный аллостерический центр, т. е. представляет собой полиферментный комплекс. Реакция протекает в две стадии (1) кар-боксилирование биотина с участием АТР (рис. 20.4) и (2) перенос карбоксильной группы на ацетил-СоА, в результате чего образуется малонил-СоА. Ацетил-СоА-карбоксилаза активируется цитратом и ингибируется длинноцепочечными ацил-СоА-производ-ными. Активированная форма фермента легко полимеризуется с образованием нитей, состоящих из 10—20 протомеров. [c.231]

Аллостерические взаимодействия. Поток молекул в большинстве метаболических путей определяется прежде всего количеством и активностью определенных ферментов, а не наличием субстрата. Практически необратимые реакции-потенциальные регуляторные участки. Первая необратимая реакция какого-либо метаболического пути (решающий этап) обычно служит важным элементом контроля. Ферменты, катализирующие решающие этапы, регулируются аллостерически, как, например, фосфофруктокиназа при гликолизе или ацетил-СоА — карбоксилаза при синтезе жирных кислот. Кроме того, последующие необратимые реакции того же метаболического пути также могут регулироваться. Аллостерические взаимодействия позволяют таким ферментам распознавать разнообразные сигналы и интегрировать полученную информацию. [c.282]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология