Що являє собою аллостерічеськая регуляція активності ферменту

Метал зі змінною валентністю: цинк, залізо, мідь, магній, алюміній (його мало, але коли багато, то він таксікант). Умови функціонування ферментів і наявність металів змінної валентності: рН середовище, що температурні умови, випромінювання і важкі метали. Важкі Ме можуть заміщати в аллостеріческому центрі на активні метали, тяж Ме 6,7 періоди (великий радіус), активність ферментів падає і різко змінюється-це шкода тяж Ме. (Їх прибрати дуже важко і неможливо майже).

Аллостеріческого РЕГУЛЮВАННЯ, контроль за швидкістю протікання окремих метаболіч.процессов в організмі за рахунок зміни активності регуляторних (аллостеріческіх) ферментов.Направлена ​​на найбільш економічне використання матеріальних і енергетичних. ресурсів клеткі.Аллостеріч. ферменти мають четвертинної структурою (складаються з неск. поліпептидних пенею) і крім активного центру мають відокремлені «аллостерічеськіє» центри (один або кілька.) на поверхностісвоіх молекул. До цих центрів приєднуються специфічний. регулятори, т. н. ефектори, ізменяющіеактівность ферменту, а отже, і всього метаболич. процесу в цілому. Як ефекторів частовиступают нуклеотиди (напр. Аден-вая к-та, АТФ і т. П.), Амінокислоти (в реакціях біосинтезу др.амінокіслот) і ін. А. р. анаболіч. (Биосинтетических) Шляхів здійснюється в осн. за принципом обратнойсвязі, коли кінцевий продукт біосінтетіч. ланцюга пригнічує дію ферменту, каталізірующегоначальную стадію всього процесу (т. н. ретроінгібірованне). У катаболіч. шляхах, що забезпечують клеткуенергіей, активність першого ферменту контролюється сполуками, к-які показують уровеньепергетіч. стану клітини в кожен даний момент, напр. фосфатами і аде-Нілов нуклеотидами. Длянек-яких метаболич. шляхів відома ситуація, коли перший метаболіт в ланцюзі після-доват. реакційактівірует фермент, що каталізує останню стадію, забезпечуючи т. н. активацію попередником.

Аллостерічеськая регуляція - один з типів регуляції активності ферменту. Цей тип регуляції є ефект, що спостерігається в тих випадках, коли невеликі молекули (ефектори), зв'язуючись з ферментом не в області активного центру, змінюють швидкість реакції. Подібна регуляція може бути гомотропной. коли молекула субстрату. взаємодіючи з ферментом, змінює його спорідненість до молекул того ж субстрату, і гетеротропной. коли спорідненість до субстрату змінюється при взаємодії ферменту з молекулою, не схожою на молекули субстрату. Гомотропние і гетеротропние Ефектори можуть бути активаторами або інгібіторами.

Аллостерічеський активатор, який діє на фермент, що описується симетричною моделлю. буде зв'язуватися переважно з R -конформером, стабілізуючи це стан. В результаті активатор буде збільшувати початкову концентрацію R -конформеров в порівнянні з концентрацією T -конформеров і, отже, збільшувати спорідненість ферменту до свого субстрату (позитивна кооперативность).

Аллостерічеський інгібітор, навпаки, переважно пов'язує і стабілізує фермент, що знаходиться в T-стан, викликаючи таким чином зменшення спорідненості ферменту до свого субстрату (негативна кооперативность).

В цілому роль аллостеріческіх ефекторів полягає в тому, щоб або розширити (в разі інгібітора), або звузити (в разі активатора) діапазон концентрацій субстрату, в якому фермент здатний збільшувати швидкість реакції.

Аллостерічеськая регуляція. У багатьох строго биосинтетических реакціях основним типом регуляції швидкості багатоступінчастого ферментативного процесу є інгібування за принципом зворотного зв'язку. Це означає, що кінцевий продукт биосинтетической ланцюга пригнічує активність ферменту. каталізує першу стадію синтезу, яка є ключовою для даної ланцюга реакції. Оскільки кінцевий продукт структурно відрізняється від субстрату. він зв'язується з аллостерическим (некаталітичні) центром молекули ферменту. викликаючи інгібування всьому ланцюгу синтетичної реакції.

Припустимо, що в клітинах здійснюється багатоступінчастий біосинтетичний процес, кожна стадія якого каталізується власним ферментом:

Подібні типи інгібування кінцевим продуктом і активування першим продуктом властиві аллостерическим (регуляторним) ферментам. коли ефектор, модулятор, структурно відрізняючись від субстрату. зв'язується в особливому (аллостеріческому) центрі молекули ферменту. просторово віддаленому від активного центру. Слід, однак, мати на увазі, що модуляторами аллостеріческіх ферментів можуть бути як активатори. так і інгібітори. Часто виявляється, що сам субстрат надає активуючий ефект. Ферменти. для яких ісубстрат. і модулятор представлені ідентичними структурами, носять назву гомотропних на відміну від гетеротропних ферментів. для яких модулятор має відмінну від субстрату структуру. Взаємоперетворенням активного і неактивного аллостеріческіх ферментів в спрощеній формі, а також конфор-мационного зміни, що спостерігаються при приєднанні субстрату і ефекторів, представлені на рис. 4.25. Приєднання негативного ефектора до аллостеріческому центру викликає значні зміни конфігурації активного центру молекули ферменту. в результаті чого фермент втрачає спорідненість до свого субстрату (освіта неактивного комплексу).

Аллостеріческого ферментами називають ферменти, активність яких регулюється не тільки кількістю молекул субстрату, але і іншими речовинами, званими ефекторами. Беруть участь в аллостерічеськой регуляції Ефектори - клітинні метаболіти часто саме того шляху, регуляцію якого вони здійснюють.

Роль аллостеріческіх ферментів у метаболізмі клітини. Аллостерічеськіє ферменти відіграють важливу роль в метаболізмі, так як вони надзвичайно швидко реагують на найменші зміни внутрішнього стану клітини. Аллостерічеськая регуляція має велике значення в наступних ситуаціях:
· При анаболічних процесах. Інгібування кінцевим продуктом метаболічного шляху і активація початковими метаболітами дозволяють здійснювати регуляцію синтезу цих сполук;
· При катаболічних процесах. У разі накопичення АТФ в клітині відбувається інгібування метаболічних шляхів, що забезпечують синтез енергії. Субстрати при цьому витрачаються на реакції запасання резервних поживних речовин;
· Для координації анаболічних і катаболічних шляхів. АТФ і АДФ - аллостерічеськіє Ефектори, що діють як антагоністи;
· Для координації паралельно протікають і взаємопов'язаних метаболічних шляхів (наприклад, синтез пуринових і піримідинових нуклеотидів, які використовуються для синтезу нуклеїнових кислот). Таким чином, кінцеві продукти одного метаболічного шляху можуть бути аллостеріческого ефекторами іншого метаболічного шляху.
Особливості будови і функціонування аллостеріческіх ферментів:
· Зазвичай це олігомерні білки, що складаються з декількох протомеров або мають доменне будова;
· Вони мають аллостерічеський центр, просторово віддалений від каталітичного активного центру;
· Ефектори приєднуються до ферменту нековалентно в аллостеріческіх (регуляторних) центрах;
· Аллостерічеськіє центри, так само, як і каталітичні, можуть проявляти різну специфічність по відношенню до лигандам: вона може бути абсолютною і груповий. Деякі ферменти мають кілька аллостеріческіх центрів, одні з яких специфічні до активаторам, інші - до інгібіторів;
· Протомеров, на якому знаходиться аллостерічеський центр, - регуляторний протомеров, на відміну від каталітичного протомеров, що містить активний центр, в якому проходить хімічна реакція;
· Аллостерічеськіє ферменти мають властивість кооперативності: взаємодія аллостеріческого ефектора з аллостерическим центром викликає послідовне кооперативне зміна конформації всіх субодиниць, що приводить до зміни конформації активного центру і зміни спорідненості ферменту до субстрату, що знижує або збільшує каталітичну активність ферменту;
· Регуляція аллостеріческіх ферментів оборотна: від'єднання ефектора від регуляторної субодиниці відновлює вихідну каталітичну активність ферменту;
· Аллостерічеськіє ферменти каталізують ключові реакції даного метаболічного шляху.
Регуляція каталітичної активності ферментів білок-білковими взаємодіями.
Деякі ферменти змінюють свою каталітичну активність в результаті білок-білкових взаємодій. Розрізняють 2 механізму активації ферментів за допомогою білок-білкових взаємодій:
· Активація ферментів в результаті приєднання регуляторних білків;
· Зміна каталітичної активності ферментів внаслідок асоціації або дисоціації протомеров ферменту.

Регуляція каталітичної активності ферментів частковим (обмеженим) протеолізом.
Деякі ферменти, що функціонують поза клітинами (в шлунково-кишковому тракті або в плазмі крові), синтезуються у вигляді неактивних попередників і активуються тільки в результаті гідролізу однієї або декількох певних пептидних зв'язків, що призводить до відщеплення частини білкової молекули попередника. В результаті в решти білкової молекули відбувається конформационная перебудова і формується активний центр (трипсиноген - трипсин).