Регуляция активности ферментов.

Механизмы активирования.

1) Ковалентная модификация (то-есть меняются ковалентные связи ферментов)

а)частичный протеолиз (на пепсиноген и трипсиноген могут действовать не только соляная кислота и энтерокиназа, но и активные ферменты – пепсин и трипсин соответсвенно, то-есть происходит аутокатализ).

б) фосфорилирование и дефосфорилирование. Фосфорилирование осуществляют протеинкиназы.

2) Достраивание активного центра (чаще это ионы металлов, особенно марганца, но в ряде случаев металл соедигяется с серой, а потом сера легче взаимодействует с активным центром).

3) Аллостерическое активирование. Как правило воздействие происходит на ту субъединицу, где нет активного центра (т есть чаще это характерно для олигомеров), но в этой субъединице есть регуляторный участок, на который может воздействовать какой-нибудь метаболит (например, АДФ), при этом субъединица меняет структуру, изменяя заодно и структуру субъединицы, содержащей активный центр, делая его тем самым более доступным для субстрата. Как правило аллостерическое активирование и ингибирование – это процессы саморегуляции, когда промежуточные или конечные метаболиты регулируют скорость реакции.

Структурная организация фермента в клетке.

Каждая клеточная структура имеет определенный набор ферментов, которые позволяет выполнить определенную функцию. Например, митохондрии снабжены ферментами, способными окислять определенные субстраты и утилизировать полученную в результате этого энергию. Ядра (в них идет синтез ДНК и РНК , которые способны хранить и передавать наследственную информацию) и тоже имеют специфический набор ферментов (РНК – и ДНК – полимеразы и т.д.). Лизосомы (разрушают различные сложные соединения) тоже имеют соответствующий набор ферментов (гидролазы, лиазы и т.д.).

Все эти наборы ферментов строго структурированы, то-есть встроены, например, в мембрану митохондрий (дыхательная цепь) в определенном порядке и находятся в комплексе (например, комплекс, обеспечивающий синтез жирных кислот; комплекс, способствующий превращению пировиноградной кислоты) иногда даже говорят об индикаторных (маркерных) ферментах для клеточных структур (сукцинатдегидрогеназа - для митохондрий, РНК – полимераза – для ядра, кислая фосфатаза для лизосом).

В процессе метаболизма активность ферментов постоянно регулируется, то-есть фермент никогда не работает монотонно. Существуют разные пути регуляции активности ферментов:

1) может меняться количество фермента (то-есть либо усиливаться, либо снижаться синтез фермента). Это происходит за счет изменения экспресии генов.

2) Может меняться химическая модификация фермента (под действием активаторов, ингибиторов, при изменении рН). Это частичный протеолиз, фосфорилирование и дефосфорилирование, сульфирование и т.д.

3) Меняется активность ферментов при действии гормонов (различные механизмы).

4) На активность фермента может влиять сам субстрат или продукт реакции (являясь либо активатором либо ингибитором ).

5) В клетках отмечается и явление компартментализациии, то-есть с помощью биологических мембран разграничены ферменты и те субстраты, которые эти ферменты могли бы разрушить, но это не нужно клетке (например, ферменты лизосом-протеиназы, фосфотазы и т.д. отделены от веществ, расположенных в цитоплазме) Или разделяются с помощью мембран взаимонесовместимые в одно и тоже время метаболические процессы (например, синтез жирных кислот идет в цитоплазме, а распад жирных кислот - митохондриях). Не все ферменты подвержены регуляции. Но в цепи ферментативных реакций есть ключевые ферменты, которые и активируются или ингибируются.

Принципы выделения ферментов.

Для обнаружения ферментов используется их свойство специфичности. Берут определенный (специфичный) субстрат, подбирают оптимальные условия (рН, температура) и, добавляют фермент, смотрят идет ли реакция, при этом концентрация субстрата уменьшается, образование продукта повышено. Количественная оценка ферментов дается по их активности (поскольку ферменты содержаться в ничтожных количествах ), то-есть определяется скорость ферментативной реакции. Активность ферментов определяют при постоянной температуре (25 или 37 градусах по Цельсию), создавая оптимум рН. Пи этом концентрация субстрата должна быть достаточно высокая. В этих условиях скорость реакции напрямую зависит от концентрации фермента \/ = К[F]. За единицу активноости фермента принимается то его минимальное количество, которое в оптимальных условиях вызывает превращение одного мкмоль субстрата за одну минуту.

Удельная активность – это ферментативная активность, отнесенная на один мг белка. Согласно рекомендациям комиссии Международного биохимического союза по номенклатуре ферментов, предложено для выражения ферментативной активности использовать катал. 1 катал – это каталитическая активность, способная осуществлять реакцию со скоростью равной один моль в одну секунду.