Изменение количества ферментов (или факторов, их регулирующих)

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 17Следующая ⇒

Ковалентная модификация

Еще один быстрый способ регуляции активности фермента - ковалентная модификация, в ходе которой к белку присоединяется определенная химическая группа. В предыдущем разделе уже говорилось о фосфорилировании - присоединении фосфата к аминокислотным остаткам белка-субстрата. Эту реакцию катализируют ферменты класса трансфераз - протеинкиназы. При физиологических значениях рН фосфатная группа несет отрицательный заряд. Именно поэтому присоединение при участии протеинкиназ одного или нескольких остатков фосфата изменяет третичную (четвертичную) структуру и каталитическую активность фосфорилированного фермента.

Ковалентная модификация ферментов, как правило, обратима. В клетках существуют ферменты, возвращающие ковалентно модифицированные белки в исходное состояние. Например, протеинфосфатазы катализируют реакцию дефосфорилирования белка (рис. 5-30).

Рис. 5-30. Реакция дефосфорилирования белка. Отщепление остатка фосфата возвращает структуру молекулы фермента и его каталитическую активность в исходное состояние

Фосфорилирование - не единственный способ обратимой ковалентной модификации ферментов в клетке. Другие виды обратимой химической модификации ферментов, имеющие важное регуляторное значение, приведены в табл. 5-4.

Таблица 5-4. Примеры обратимой ковалентной модификации ферментов (Е)

Помимо обратимой ковалентной модификации, в организме человека протекают и реакции необратимой ковалентной модификации ферментов. Физиологическое значение имеют реакции ограниченного протеолиза неактивных предшественников протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта, которые приводят к образованию каталитически активных протеиназ: пепсина, трипсина, химотрипсина.

Например, активный пепсин - основной протеолитический фермент желудка, образуется в результате отщепления 42-членного N-концевого пептида от пепсиногена (состоящего из 370 аминокислотных остатков) и конформационных перестроек оставшейся части полипептидной цепи. Сначала процесс отщепления инициируется кислой средой, после чего он протекает автокаталитически, т.е. образовавшиеся молекулы активного пепсина участвуют в превращении пепсиногена в пепсин (рис. 5-31).

Рис. 5-31. Превращение пепсиногена в пепсин. а.о. - аминокислотные остатки

Таким образом, в результате ограниченного протеолиза происходит необратимая ковалентная модификация и фермент остается активированным в течение всего времени его жизни.

Изменение количества ферментов - самый медленный способ регуляции, который обычно затрагивает изменение биосинтеза белка или его метаболизма.

Определенная часть ферментов вырабатывается в организме человека постоянно, и скорость их синтеза избирательно не регулируется. Такие ферменты называют конститутивными.

Другие ферменты вырабатываются в необходимом количестве только в присутствии определенных индукторов. Такие ферменты называют индуцибельными. Индукцию может вызывать субстрат данного фермента.

К числу индуцибельных ферментов, синтез которых стимулируют субстраты, относят цитохром Р450. Этот фермент катализирует реакцию гидроксилирования эндогенных (например, стероидов) и экзогенных соединений. Окисление таких веществ цитохромом Р450 повышает их растворимость в воде и облегчает тем самым их выведение из организма. При попадании ксенобиотика (такого, например, как снотворное средство фенобарбитал) в печени многократно возрастает уровень цитохрома Р450 за счет индукции его синтеза.

Индукторами ферментов могут быть и гормоны. Например, стероидные гормоны коры надпочечников - глюкокортикоиды индуцируют синтез ферментов глюконеогенеза. Глюконеогенез - синтез глюкозы из органических кислот, поэтому индукция ферментов этого метаболического пути приводит к увеличению концентрации глюкозы в крови.

Помимо изменения концентрации ферментов, клетка может регулировать количество факторов, контролирующих их активность. В тканях и биологических жидкостях человека содержатся белки-ингибиторы протеолитических ферментов. Считают, что деструкция ткани и другие патологические процессы возникают при нарушении соотношения протеиназа/ингибитор. Например, при дефиците α₁-ингибитора протеиназ и α₂-макроглобулина плазмы крови у людей отмечают развитие ряда деструктивных заболеваний, таких, как эмфизема легких. (Это заболевание характеризуется деструкцией альвеол легких.) Введение α₁-ингибитора протеиназ таким больным позволяет затормозить развитие болезни.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов