Пути регуляции скорости фермента

Количество определенного фермента в клетке может регулироваться на нескольких уровнях на этапе транскрипции, трансляции, а также в процессе сборки и разрушения ферментного белка (см. рис. 28). В иерархии регуляторных воздействий наиболее сложный механизм, контролирующий количество ферментов в клетке, связан с процессом транскрипции. Специфические химические сигналы могут инициировать или блокировать транскрипцию определенного участка ДНК в иРНК. В случае индукции образованная иРНК участвует в определенной последовательности реакций, называемой трансляцией и заканчивающейся синтезом полипеп-тидных цепей. Регуляция белкового синтеза на уровне трансляции может осуществляться на любом из ее этапов, например на этапе инициации, элонгации и др. Не исключена также возможность изменения времени жизни иРНК под воздействием разных эффекторов, в том числе конечных продуктов метаболических путей. Хотя механизмы регуляции синтеза белка на уровне трансляции еще точно не установлены, ясно, что на этом этапе имеются широкие возможности для регуляции скорости синтеза различных белков. [c.117]

РЕГУЛЯЦИЯ КОЛИЧЕСТВА ФЕРМЕНТА ПУТЕМ РЕГУЛЯЦИИ СКОРОСТИ ЕГО СИНТЕЗА И РАСПАДА [c.99]

Регуляция метаболизма 98 Регуляция количества фермента путем регуляции скорости его синтеза и [c.377]

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]

Другой, более быстрый путь регуляции 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 этого слова. Обычно особенно чувствительны к этому общему регуляторному механизму начальные и завершающие реакции специфических метаболических цепей, т. е. регуляторные ферменты, входящие в состав определенного мультиферментного комплекса. При этом потенциальные регуляторные ферменты — это ферменты, катализирующие, как правило, необратимые реакции. 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 был назван ингибированием по типу обратной связи или ретроингибированием. Такое ингибирование первых этапов катаболизма (или противоположный процесс — активация) основано [c.447]

Регуляция синтеза ферментов на этапе транскрипции основана на том, что считывание бактериальных генов происходит избирательно и скорость образования копий соответствующих иРНК (а отсюда и дальнейшая их трансляция в белки) находится под сложным контрольным механизмом. Скорость синтеза ферментов, определяемая этой стадией, может меняться в разной степени. По данному признаку все ферменты делятся на два класса. Ферменты, синтез которых в растущей клетке происходит с постоянной скоростью в результате постоянного транскрибирования соответствующих генов и, следовательно, они присутствуют в клетке всегда в более или менее постоянной концентрации, называются конститутивными. К ним относятся, например, гликолитические ферменты. Метаболические пути, функционирующие с участием конститутивных ферментов, контролируются посредством других регуляторных воздействий, например аллостерического ингибирования. [c.117]

Возможно, здесь играет роль влияние на поглощение глюкозы, фосфата, нейтральных аминокислот типа А и катионов. Г ормон может стимулировать репликацию, используя свою способность активировать или инактивировать ферменты путем регуляции скорости и степени фосфорилирования белков или регулируя синтез ферментов. [c.259]

Наиболее быстрый путь регуляции, заключается в воздействии на скорость и интенсивность одной или нескольких чувствительных ферментативных реакций, катализируемых ключевыми ферментами. Обычно особенно чувствительны к этому общему регуляторному механизму начальные и завершающие реакции специфических метаболических цепей. При этом потенциальные [c.461]

Поскольку основными компонентами метаболизма являются белки, т. е. ферменты, части мембран, транспортные белки и т. д., то именно они в первую очередь должны подвергаться модуляциям. Модуляции состоят либо в изменении количества определенных белков клетки путем регуляции скорости их синтеза или распада, либо в увеличении или снижении биологической активности белков. В этой главе будут описаны некоторые, особенно четкие примеры обоих типов модуляций. [c.43]

В развитии энзимологии, этой бурно развивающейся отрасли биохимии, можно отметить несколько этапов. В первых работах основное внимание исследователей было сосредоточено на методах выделения ферментов, определении их специфичности и кинетики действия. Применение рентгеноструктурных методов послужило основой для изучения структуры и механизма действия ферментов и ознаменовало новый этап в развитии этого направления в биохимии. В последние годы самое большое внимание уделяется проблеме регуляции активности ферментов. Ей и посвящена небольшая по объему книга известного английского биохимика Ф. Коэна, рассматривающая один из сложнейших аспектов энзимологии — регуляторный. Известно, что высокая степень координации метаболических процессов, их согласованные изменения в ответ на сигналы, поступающие из окружающей среды,— все это достигается в результате эффективной регуляции активности ферментов, занимающих ключевые позиции на путях метаболизма. Именно ключевые ферменты определяют скорость последовательных реакций в цепи, и именно эти ферменты представляют поэтому особый интерес как мишени для физиологически активных веществ и лекарственных агентов. [c.5]

Поскольку практически все реакции в клетке катализируются ферментами, регуляция метаболизма сводится к регуляции интенсивности ферментативных р е а к ц и й. Скорость последних может регулироваться двумя основными способами путем изменения количества ферментов и/или изменения их активности, т. е. степени использования их каталитического потенциала. [c.113]

Способность к регуляции делает ферменты важ-ньши участниками и своеобразными организаторами клеточных процессов в организме человека. Регуляция скорости ферментативных реакций в клетке — основной механизм не только контроля и координации метаболических путей, но и роста и развития клетки, а также ее ответа на изменение окружающей среды. [c.53]

Регуляция Ю аболических процессов может осуществляться на разных уровнях постепенно возрастающей сложности. Простейший путь регуляции — это влияние на скорость ферментативной реакции компонентов реагирукодей системы внутриклеточная концентрация субстрата (субстратов) ферментов, коферментов каждого промежуточного продукта, ионов металлов, внутриклеточное значение pH. Каждый фермент в мультнферментной системе характеризуется определенным оптимумом pH и сродством к своему субстрату (субстратам), продукту (продуктам), а также к своему ко-ферменту или активатору (иону металла). [c.124]

Регуляция обмена реализуется путем изменения скорости ферментных реакций. Скорость реакции зависит от активности, катализирующего эту реакцию фермента и от его количества — концентрации в клетке. Различают две формы регулирования — срочную (или острую ), реализуемую почти мгновенно, заключающуюся в повышении или понижении активности фермента, и развивающуюся более медленно-длительную, или хроническую, регуляцию, выражающуюся в ускорении или замедлении синтеза ферментного белка (повышение или понижение количества фермента в клетке). В последнем случае говорят об индуцирующем или репрессирующем синтез фермента действии фактора центральной регуляции (например, того или другого гормона). [c.188]

Существуют три основных механизма гормональной регуляции внутриклеточного метаболизма и функций клеток путем изменения скорости синтеза белка, активности ферментов внутриклеточного метаболизма и проницаемости клеточных мембран для различных ионов, метаболитов, коферментов. [c.138]

В клетке изменение скорости катализируемых ферментами биохимических реакций может происходить по крайней мере двумя путями. Существует быстрый (действующий в течение секунд или минут) механизм регуляции ферментативной активности, который зависит от изменения каталитической активности индивидуальных молекул фермента. Имеется также несколько более медленный (действующий в течение многих минут или часов) механизм, лимитируемый количеством фермента, которое определяется скоростью процессов его синтеза и распада. Оба эти механизма обычно действуют при посредстве низкомолекулярных соединений, образующихся в клетке как промежуточные метаболиты или проникающие в нее из окружающей среды. В обоих механизмах используется важнейший принцип управления — принцип обратной связи. Прежде чем перейти к рассмотрению того, как этот принцип реализуется в регуляции активности ферментов, напомним несколько общих механизмов изменения скорости ферментативных реакций. [c.10]

Регуляция скорости гликолиза осуществляется путем изменения активности двух ферментов фосфорилазы и фосфофруктокиназы. Фосфорилаза катализирует первую реакцию распада гликогена - отщепление от него глюкозо-1-фосфата. Этот фермент активируется адреналином, АМФ и ионами кальция, а ингибируется глюкозо-6-фосфатом и избытком АТФ. Второй регуляторный фермент гликолиза - фосфофруктокиназа - активируется АДФ и особенно АМФ, а тормозится избытком АТФ и лимонной кислотой (лимонная кислота - промежуточный метаболит цикла трикарбоновых кислот). Наличие таких регуляторных механизмов приводит к тому, что в покое гликолиз протекает очень медленно, при интенсивной мышечной работе его скорость резко возрастает и может увеличиваться по сравнению с уровнем покоя почти в 2000 раз, причем повышение скорости гликолиза может наблюдаться уже в предстартовом состоянии за счет выделения адреналина. [c.145]

В живой клетке протекают тысячи различных химических реакций. каждая из которых катализируется специфическим ферментом. Каким же образом достигается их гармоническая синхронизация Очевидно, что клетке выгодно осуществлять реакции, поставляющие энергию, со скоростями, соответствующими ее энергетическим потребностям, и вырабатывать мономериые единицы (аминокислоты, нуклеотиды, сахара) со скоростями, соответствующими потребностям в этих соединениях для синтеза биополимеров белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов). Механизмы, благодаря которым осуществляется такая регуляция, стали предметом исследования биохимиков относительно недавно. Хотя некоторые детали остаются невыясненными, удалось установить общие принципы регуляторных механизмов примеры регуляции скорости ферментативных превращений можно найти в разных разделах этой книги. Сюда относятся механизмы, подобные системам положительной и отрицательной обратной связи в инженерной электронике они реализуются при функционировании ряда ферментов, участвующих в процессах биосинтеза при этом обеспечивается постоянный поток, но не избыток необходимых промежуточных продуктов. В других случаях регуляция осуществляется путем репрессии или дерепрессии процесса образования ферментов биосинтеза. [c.18]

Скорость метаболических процессов зависит как от количества, так и от каталитической эффективности участвующих в них ферментов. Регуляция образования фермента путем индукции и репрессии и регуляция распада фермента, вероятно, не способны осуществить быстрое изменение количества фермента, поэтому данные формы контроля часто дополняются регуляцией активности уже существующих молекул фермента. Нередко такая регуляция осуществляется по принципу обратной связи, при котором конечный продукт реакции действует как ингибитор ферментов, катализирующих начальные стадии в цепи реакций, приводящих к его образованию. [c.120]

Регуляция активности ферментов. На активность ферментов могут влиять многие факторы, в частности концентрация субстрата и кофермента, наличие активаторов и ингибиторов, величина pH среды, температура, водная среда, состояние биологических мембран, химическая модификация структуры фермента путем фосфорилирования, протеоли-зом и др. Наиболее простым регуляторным воздействием является концентрация субстрата и кофермента. Если фермент функционирует в области полунасыщения субстрата, то даже незначительные изменения в его концентрации могут привести к существенному изменению скорости биохимической реакции. Изменение концентрации коферментов НАД, НАДФ, ФАД, КоА и др., а также витаминов, входящих в их состав, тоже влияет на скорость ферментативных реакций. Многообразие ферментативных процессов, скорость которых зависит от наличия витаминов, показано на рис. 104. [c.269]

Активность фермента может регулироваться также путем изменения числа активных центров за счет заполнения некоторых из них молекулами ингибитора. Одним из способов регуляции является изменение прочности связывания молекул, подвергающихся каталитической реакции, путем изменения скорости их связывания или освобождения или благодаря изменению собственной скорости катализа, осуществляемого ферментом. Эффективная активность может регулироваться и на более высоком уровне, путем изменения количества молекул субстрата, на который действует фермент, или путем изменения их локализации в клетке. От этого зависит, смогут ли молекулы субстрата оказаться в сфере действия фермента. [c.36]

При взаимодействии ферментов с малыми молекулами (например, субстратами), как правило, наблюдаются мономолекулярные конформационные изменения фермент-субстратных комплексов. В табл. 16.3 приведены некоторые значения времен релаксации таких процессов, определенные для различных систем. Многие из этих величин лежат в интервале 10 — Ю с. Скорость таких процессов достаточно велика, чтобы наблюдаемые конформационные изменения относились к основному пути катализа. Например, если для мономолекулярной стадии величина, обратная времени релаксации, меньше числа оборотов, то наблюдаемое конформационное изменение не является обязательной стадией катализа. Однако очень медленный конформационный переход может быть связан с механизмом регуляции активности фермента. [c.70]

Регуляция скорости протекания реакций определенного метаболического пути часто осуществляется путем изменения скорости одной или, возможно, двух ключевых реакций, катализируемых регуляторными ферментами . Некоторые физикохимические факторы, контролирующие скорость ферментативной реакции, например концентрация [c.212]

Киназа фосфорилазы (АТФ-фосфорилаза Б фосфотрансфераза КФ 2.7.1.38) катализирует фосфорилирование фосфорилазы Б, превращая ее в активную форму — фА [1]. Киназа фосфорилазы является ключевым ферментом регуляции обмена гликогена [2—4]. Регуляция скорости гликогенолиза особо важное значение имеет для скелетной мускулатуры, так как функция мышечной ткани зависит от скорости распада и синтеза гликогена — основного источника энергии мышечного сокращения. В зависимости от состояния ткани активность ферментов, участвующих в этих реакциях — КФ, фосфорилазы и гликогенсинтазы — регулируется путем ковалентной модификации реакции фосфорилирования — де-фосфорилирования, приводящей эти ферменты в активированную или неактивированную форму [1—6]. С открытием цАМФ-зависи-мой протеинкиназы, активирующей КФ путем фосфорилирования [7], связан новый этап исследований, показавших, что фосфорилирование белков является общебиологическим механизмом регуляции физиологической активности тканей млекопитающих [2, 6]. Первым примером такого способа регуляции ферментативной активности была реакция, катализируемая КФ. [c.54]

На рис. 22-10 показаны три изофермента (они обозначены буквами А, В и С), не имеюпще аллостерических модуляторов. Активность этих изоферментов регулируется путем изменения скорости их синтеза в клетке их называют репрессируемыми ферментами. Синтез изоферментов А и В репрессируется у Е. соН при наличии достаточного количества метионина. Точно так же и синтез изофермента С репрессируется, если в среде в достаточном количестве присутствует изолейцин. Механизм, регулирующий биосинтез аминокислот путем репрессии и дерепрессии (гл. 29), обычно реагирует медленнее, чем механизм аллостерической регуляции. [c.662]

Быстрой и "тонкой" регуляцией является так называемая аллостери-ческая регуляция активности фермента посредством веществ, воздействующих на аллостерический центр фермента и изменяющих их конформацию. Как правило, такой фермент расположен в начале метаболического пути. Однако он может ингибироваться конечным продуктом данного обмена при его накоплении или несколькими метаболитами — его аллостерическими регуляторами. Примером может служить ключевой фермент гликолиза — фосфофруктокиназа (ФФК), имеющий около 10 аллостерических регуляторов, от взаимодействия с которыми изменяется его активность. Это такие вещества, как АТФ, АДФ, АМФ, Фн, лимонная кислота, жирные кислоты, а также pH и другие факторы. В состоянии относительного покоя ФФК в скелетных мышцах не активна, так как ингибируется высокими концентрациями АТФ и лимонной кислоты. При интенсивной мышечной деятельности концентрация АТФ снижается, а концентрация АДФ и АМФ повышается. Это активирует ФФК и скорость гликолиза. Когда же баланс АТФ в мышцах восстанавливается, что происходит при улучшении снабжения кислородом, активность ФФК снижается и скорость гликолиза падает. Мышцы переключаются на аэробный механизм энергообразования с постепенным переходом на утилизацию жиров. [c.269]

Р. представляют собой миогочнслеш1ую и разнородную по св-вам группу ферментов. Ойи присутствуют в разл. тканях и клетках организмов. Считается, что эти ферменты участвуют во внутриклеточном обмене в-в, разрушении чужеродных РНК, в регуляции синтеза беяка (путем регуляции скорости гидролиза матричных РНК), в процессах синтеза и созревания разл. типов клеточвых РНК. [c.263]

Пути регуляции скорости ферментативных реакций в клетке различны. Одним из главных факторов, определяющих скорость обмена веществ, является количество фермента. Второй важный фактор связан с качеством ферментов как катализаторов, о качество зависит от двух основных обстоятельств с одной стороны, каталитическая активность ферментов детерминирована генетически и есть свойством их специфической бадковой структуры, с другой стороны, ферменты обладают высокой лабильностью, которая объясняется гибкостт>ю их третичной и четвертичной структуры, а также Локальным состоянием активного центра. Таким образом, каталитическая [c.123]

В клетках выработались механизмы не только регуляции скорости синтеза отдельных аминокислот, но и координирование их синтеза, поскольку для белкового синтеза аминокислоты нужны в определенных соотношениях. Так, у Е. соН синтез четырех аминокислот, образующихся из аспартата — лизина, метионина, треонина и изолейцина, регулируется на первом этапе перехода аспартата в аспартилфосфат. Регуляторный фермент аспартилкиназа имеет три изофермента, регулируемых независимо друг от друга как по аллостерическому механизму, так и путем изменения скорости их синтеза в клетке. [c.407]

Углубленное изучение ферментов фотосинтетического аппарата (их активности, изменения скорости их образования), проводимое во многих лабораториях мира, позволяет надеяться на достаточно быструю и близкую расшифровку до сих пор еще скрытых конкретных путей регуляции интенсивности и направленности фотосинтетического уавоения углекислого газа- [c.256]

Действительное количество фермента, присутствующего в любой данный момент времени, определяется относительными скоростями его синтеза и распада, а также концентрациями различного рода ингибиторов и активаторов. Как правило, распад ферментов протекает медленно и не известно ни одного специального примера, когда содержание фермента регулировалось бы его распадом. В то же время показано, что существует высокоспецифичная регуляция синтеза ферментов, осуществляемая за счет гормональных механизмов, механизма репрессии и дерепрессии (индукции), а также других пока еще недостаточно изученных процессов. Такая регуляция синтеза ферментов мол ет быть абсолютно по спе ,ифичности, но осуществляется она медленно. У бактерий для значительных изменений содержан 1я фермента таким путем необходимы минуты, а у высших растений— часы. [c.16]

Второй общий путь регуляции сложных метаболических процессов основан яа действии регуляторных рментов, которые обычно локализованы в начале (или поблизости от начала) мультнферментной последовательности. Большинство этих ферментов ингибируется конечным продуктом данной метаболической последовательности или иными аллостерическими ингибиторами. Так как соответствукицие катаболические и анаболические пути, связывающие данный предшественник с данным продуктом. имеют разные регуляторные ферменты, скорости биосинтеза и распада определенного клеточного компонента могут регулироваться независимо. [c.124]

Открытие ингибирования треониндезаминазы L-изолейцином in vitro 4] послужило важной вехой на пути выяснения механизмов регуляции активности ферментов. Ингибирование является высокоспецифичным, например L-лейцин менее эффективен как ингибитор в 100 раз, а L-валин и D-изолейцин вообще не обладают ингибирующим действием. Более того, ни один из других ферментов рассматриваемой цепи не ингибируется in vitro L-изолейцином. Эти данные позволяют сформулировать простой механизм, который объясняет, каким образом L-изолейцин и другие аминокислоты оказываются способными регулировать свой собственный биосинтез без дополнительных энергетических затрат. Согласно этому механизму, в ин-тактной клетке при повышении концентрации L-изолейцина происходит ингибирование треониндезаминазы — первого фермента цепи реакций это приводит к уменьшению скорости всех реакций рассматриваемого пути и к снижению биосинтеза L-изолейцина. Наоборот, при понижении концентрации L-изолейцина его образование из L-треонина автоматически ускоряется поскольку эффект ингибирования полностью обратим. [c.11]

В стационарных условиях in vivo протекание реакции слева направо возможно за счет непрерывного поступления субстрата и постоянного удаления продукта D. Такой путь мог бы функционировать, но при этом оставалось бы мало возможностей для регуляции его скорости путем изменения активности фермента, поскольку увеличение активности приводило бы только к более быстрому достижению равновесия. [c.212]

Быстрая регуляция синтеза длинноцепочечных жирных кислот осуществляется путем алостериче-ской и ковалентной модификации ферментов, а медленная регуляция—путем изменения скорости синтеза и деградации ферментов. [c.288]

Следует отметить, что регуляторные влияния, изменяя соотношение. скоростей реакций, могут последовательно переключать скоростьлимитирующие стадии в . химической цепи. При этом будет уменьшаться роль одних регуляторов и возрастать роль других. Так, например, в определенных условиях (низкая концентрация цитрата и АТФ, но высокая концентрация АМФ) активность фосфофруктокиназы может значительно повыситься, и тогда скорость гликолиза начнет определяться активностью ферментов, превращающих трикар-боиовые фрагменты сахаров. Поэтому и регуляция этих ферментов приобретает большую значимость. Кроме этого, при низкой активности фосфофруктокиназы через образование пирувата в цикл Кребса могут включаться аминокислоты, глицерин и другие метаболиты. Повышение активности фосфофруктокиназы отсечет пути окисления данных веществ, так как повысит концентрацию пирувата, образующегося из сахаров. Таким образом, регуляторное воздействие, направленное на определенный метаболический цикл, опосредованно мо- [c.24]