Регуляція активності ферментів шляхом хімічної модифікації: Реакції обмеженого протеолізу, аденілірованія, рибозилювання, ацетилювання, фосфорилювання (роль гормонів, АЦ-комплексу, цАМФ, цГМФ, іонів Ca).
Активність ферменту можна змінити шляхом ковалентного модифікації його структури.
Ковалентний модифікація структури ферментів може бути оборотною і безповоротною.
А. Необоротні зміни активності ферменту. Існує велика кількість реакцій, що каталізують протеолітичнимиферментами. Як правило, такі ферменти утворюються в формі неактивних попередників (проферментов), які потім активуються шляхом дії інших протеаз. Схемою активування химотрипсина показана нижче на ріс.2-15.
Рис 2-15. Схема протеолізу молекули химотрипсиногена. Спочатку під впливом трипсину відбувається відщеплення поліпептиду з 15 амінокислот з утворенням активного # 61552; -хімотріпсіна, який шляхом аутокаталіз перетворюється в # 61537; -хімотріпсін
Нижче в таблиці наводяться приклади інших ферментів, які піддаються активуються шляхом протеолізу
стінка клітин дріжджів
Як приклад можна розглянути ферменти підшлункової залози. Ці ферменти синтезуються в формі проферментов клітинами підшлункової залози і зберігаються в них в складі гранул проферментов. Вивільнення проферментов регулюється гормонами холецистокинином, панкрезіміном і секретином. Засвоєння білків вимагає скоординованого дії різних ферментів. Трипсиноген активується ентеропептідази виділяється клітинами щеточной облямівки кишечника. Ентеропептідази каталізує видалення гексапептіда (Вал Асп Асп Асп Асп Ліз) від N кінця тріпсіногена. Завдання системи регуляції в даному випадку забезпечити активування ферменту в місці його дії. Якщо активування відбудеться в місці синтезу, то це спричинить за собою руйнування самої залози (гострий панкреатит). Невелика кількість ентеропептідази, необхідне для активування тріпсіногена забезпечить подальше посилення (ампліфікацію) сигналу за рахунок утворення великих кількостей активного трипсину, який в свою чергу активує інші протеази кишечника. Такі ланцюгові реакції посилення характерні для багатьох протеолітичних систем організму (згортання крові, система комплементу і т.д.) Процес зупиняється шляхом протеолізу самих ферментів Середня щоденна продукція короткоживучих гидролитических ферментів підшлунковою залозою - близько 10 м Протеолітичні ферменти широко поширені в клітинах і це могло створити значні проблеми, якби не спеціальні білкові игибиторами, присутні в тканинах і крові.
Б. Зворотні зміни активності ферменту шляхом ковалентного модифікації.
Фосфорилювання ферментів (рис 2-16) - одна з найбільш популярних реакцій, що дозволяє при приєднанні залишку фосфорної кислоти змінити конформацію ферменту і перевести фермент з активного стан в неактивний або навпаки. Цей механізм ковалентного модифікації забезпечується кіназами (приєднання залишків фосфорної кислоти за рахунок АТФ) і фосфатаза (гидролитическое видалення залишків фосфорної кислоти).
Більш докладно про ці механізми буде розказано в розділах, присвячених механізму дії гормонів.
Рис 2-16. Оборотна ковалентная модифікація шляхом фосфорилювання (кіназа фосфорілази) і дефосфорилирования (фосфатаза) фосфорілази.
Гормональна регуляція здійснюється на генетичному рівні шляхом зворотного фосфорилювання. Наприклад під дією адреналіну і глюкагону відбувається активація процесу розпаду глікогену, в ході цього процесу утворюється небілкова з'єднання - цАМФ, цАМФ - внутрішньоклітинний гормон (вторинний посередник) яв-ся аллостерическим регулятором великого числа протеинкиназ. цАМФ утворюється з АТФ під дією аденілатциклази:
Гормон, що циркулює в крові, потрапляє в міжклітинну рідину і контактує з поверхнею клітини, де розташовані рецептори (Rs і Ri), білки узнающие і зв'язуючі гормон.
Гормональний сигнал надходить на АЦ через білки посередники (Gs і Gi), які активуються в умовах приєднання ГТФ. Рівень, що утворився під дією АЦ, цАМФ визначається не тільки активністю АЦ, а й активністю фосфодіестераз, які ціклізіруют цАМФ до АМФ.
Крім цАМФ, існують цГМФ, цУМФ, цЦМФ. Найбільше значення має цГМФ. Вона утворюється під дією гуанілатциклази, розташованої як в зовнішній мембрані, так і всередині клітини, цГМФ єдиний фермент, який реагує на концентрацію Н2 О2 і активується під дією продуктів перекисного окислення.
цГМФ надає ефекти протилежні цАМФ.
цАМФ знаходиться в тісному контакті з іонами Ca 2+. висока концентрація цАМФ в збудливих тканинах призводить до високої [Ca 2+] і стимуляції клітини. І навпаки, різке зменшення [Ca 2+] гальмує АЦ і знижує рівень цАМФ.