Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980
Ферменты: белковые катализаторы клеток
Регуляция ферментативной активности
Регуляция активности ферментов
Существуют относительно быстрые регуляторные механизмы, которые направлены непосредственно на ферменты. Так, практически неактивный фермент может превращаться в активную форму путем ковалентной модификации [72]21. 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)3). При этом фермент, катализирующий распад гликогена (фосфорилаза b), 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.
Активность глутаминсинтетазы (гл. 14, разд. Б,2) изменяется путем аденилирования боковой группы строго определенного остатка тирозина (в этой реакции используется АТР) [73]. Обратная реакция катализируется деаденилирующим ферментом.
Наиболее широко распространенным механизмом регуляции ферментов в клетках является, по-видимому, аллостерическая активация или ингибирование, которые вкратце рассмотрены выше (разд. Б, 6). Метаболические пути контролируются аллостерическими механизмами самых разных типов; наиболее распространенными из них являются следующие два механизма. Первый может быть назван активация предшественником. Метаболит, действующий как аллостерический эффектор, «включает» фермент, катализирующий превращение либо этого же метаболита, либо продукта, находящегося немного далее в цепи превращений. Например, на рис. 6-15 метаболит С (предшественник) активирует фермент, который катализирует практически необратимое превращение соединения D. В других случаях активация является менее прямой. «Включенный» фермент может участвовать в образовании второго субстрата. В результате взаимодействия последнего с активирующим метаболитом образуется необходимый продукт метаболизма.
1) Заметим, что обратимая ассоциация ферментов [Курганов Б. И. (1978). Аллостерические ферменты —М: Наука, стр. 117—174; Frieden С. (1971). Ann. Rev. Blochem., 40, 653—695] или обратимая адсорбция ферментов на субклеточных структурах [Wilson J. Е. (1978). Trends Biochem. Sсi, 3, 124—125; Masters С. J. (1978). Trends Biochem. Sсi., 3, 206—208; Курганов Б. И., Лобода Н. И. (1977). Биоорг. химия, 3, 1407—1419], контролируемые клеточными метаболитами, также могут иметь регуляторное значение. — Прим. перев.
2) См. также Proceedings in live sciences, Metabolic interconversion of enzymes, IV International symposium held in Arad (Israel), April—May 1975, Shaltiel C. (ed.), Springer-Verlag, Berlin, 1976, p. 234.—Прим. перев.
3) Последние данные о регуляции активности фосфорилазы и гликогенсинтетазы путем фосфорилирования — дефосфорилирования читатель может найти в следующих обзорах: Cohen Р. (1978). In: Regulatory mechanisms of carbohydrate metabolism, Proc. 11th FEBS Meeting, V. 42, Symp. Al, Esmann V. (ed.), Oxford, Pergamon Press, pp. 31 — 40; Nimmo H. G., Cohen P. (1977), Adv. Cyclic Nucleotide Research, 8, 145—266.— Прим, перев.
Более распространенным типом регуляции, чем активация предшественником, является ингибирование по типу отрицательной обратной связи, когда накопление конечного продукта метаболической цепи приводит к «выключению» ферментов, необходимых для его синтеза. Чаще всего подавляется активность первого фермента, занимающего ключевое положение в данной биосинтетической цепи. В то же время продукт часто подавляет активность более чем одного фермента цепи (рис. 6-15). Когда клетка продуцирует два или большее число изоферментов, специфическим продуктом нередко ингибируется только один из них. Например, на рис. 6-15 продукт Р подавляет активность только одного из двух изоферментов, катализирующих превращение А в В; активность же другого контролируется путем химической модификации.
Конкретный пример такого рода представлен на рис. 14-6: превращение аспартата в ß-аспартилфосфат — предшественник конечных продуктов (треонина, изолейцина, метионина и лизина) — катализируют три изофермента. Как показано на рисунке, каждый продукт ингибирует только один из изоферментов1).