Химическая энциклопедия

РЕГУЛЯТОРЫ ФЕРМЕНТОВ , регулируют активность ферментов или скорость их биосинтеза. Регуляторы активности ферментов.Универсальными регуляторами активности ферментов являются субстраты-в-ва, к-рые претерпевают превращения в р-циях, катализируемых ферментами. Скорость р-ции (т.е. кол-во превращенного за единицу времени субстрата) увеличивается при увеличении концентрации субстрата до определенной предельной величины. Для обратимых р-ций соотношение концентраций субстратов прямой и обратной р-ций определяет направление р-ции до установления равновесия.

Регуляторами активности для мн. ферментов служат ко-ферменты (напр., пиридоксаль-5-фосфат-фосфорилиро-ванный витамин В₆-для аминотрансфераз) и ионы металлов (напр., Са²⁺ в амилазе), образующие с апоферментом активный фермент (холофермент). Для ключевых ферментов обмена в-в (их активность определяет скорость превращения субстратов, напр. в цикле трикарбоновых к-т и гликолизе) характерна также аллостерич. регуляция. В этом случае низкомол. регуляторы активности, отличающиеся по своей хим. природе от субстрата (аллостерич. эффекторы), активируют (положит. эффекторы) или ингибируют (отри-цат. эффекторы) фермент. Аллостерич. регуляция основана на аллостерич. природе ключевых ферментов, т. е. наличии у них специфич. аллостерич. (регуляторных) центров, пространственно удаленных от каталитически активных центров. Нековалентное, обратимое связывание эффекторов в аллостерич. центрах приводит к т. наз. аллостерич. перестройке фермента (изменению третичной и четвертичной структуры), затрагивающей активный центр. В результате изменяется скорость катализируемой ферментом р-ции. Аллостерич. регуляция активности имеет исключительно важное значение. Она обусловливает быстрый физиол. ответ клетки на изменяющиеся условия, а также регуляцию метаболизма по принципу положит. и отрицат. обратной связи. Сигналом необеспеченности клетки энергией служит повышение концентрации аденозинмоно- или аденозиндиофосфа-та, к-рые являются положит. эффекторами ферментов, участвующих в синтезе АТФ.

Др. тип регуляции активности ключевых ферментов-их хим. модификация (напр., обратимое ковалентное фосфо-рилирование, гликозилирование). Нек-рые ферменты активны в модифицированном, а ряд ферментов-в немодифици-рованном состоянии. Хим. модификация и превращение модифицированного фермента в исходную форму катализируются разными ферментами, чаще всего аллостерич. природы, к-рые, т. обр., выступают в роли регуляторов активности ферментов. Так, катализирующая фосфорилирование белков, в т. ч, ферментов, цАМФ-зависимая протеинкиназа-тетрамерный белок, состоящий из двух типов субъединиц (полипептидов). Фермент активен лишь после связывания двух молекул циклич. аденозинмонофосфата (цАМФ) с двумя регуляторными субъединицами; в результате такого связывания фермент диссоциирует на две каталитически активные субъединицы и димер, с к-рым связаны две молекулы цАМФ. Т. обр., изменение активности ферментов путем их хим. модификации дополняет аллостерич. регуляцию и составляет часть каскадного механизма регуляции. Хим. модификацию ферментов осуществляют также специфич. протеазы, катализирующие ограниченный протео-лиз и тем самым инактивирующие ферменты (напр., разрушая апоформы ферментов) или, наоборот, превращающие неактивные проферменты (напр., проферменты пище-варит. протеаз-пепсина и трипсина) в каталитически активные формы.

Регуляторы скорости биосинтеза ферментов. Важнейшие регуляторы биосинтеза ферментов-индукторы (субстраты или химически близкие к ним соед.) и репрессоры (конечные продукты метаболич, цепей). Гены, кодирующие структуру индуцибельного фермента (его синтез активируется индуктором), обычно репрессированы ("выключены" из процесса транскрипции) путем связывания со специфическими белками-репрессорами (см. Регуляторные белки ), а гены, кодирующие репрессибелъные ферменты (их синтез подавляется репрессорами), наоборот, не связаны с белками-репрессорами и потому "включены" (дерепрессированы). Белки-репрессоры имеют аллостерич. природу. Связывание индуктора или низкомол. репрессора в их аллостерич. центрах приводит к изменению конформации белка-репрессора. В результате этого белок-репрессор диссоциирует от гена, "включая" его при действии индуктора или, наоборот, прочно связывается геном, "выключая" его при действии репрессора.

Регулировка биосинтеза ферментов с помощью индукторов и репрессоров характерна для прокариот (бактерии и синезеленые водоросли); для др. организмов этот процесс реализуется значительно сложнее. Для бактерии Escherichia coli (E.coli) индуктором является, напр., лактоза или ее производное-изопропил-b-D-тиогалактозид. В обычных условиях в качестве источника углерода эти бактерии используют глюкозу. Если поместить их в среду с лактозой в качестве единств. источника углерода, то через 1-2 мин клетки начнут синтезировать в больших кол-вах b-галакто-зидазу (катализирует гидролиз лактозы до D-глюкозы и D-галактозы), к-рая до этого находилась в бактерии в следовых кол-вах. Примером репрессора для E.coli может служить гистидин. При его избытке в питат. среде клетка перестает вырабатывать весь набор ферментов, необходимых для синтеза этой аминокислоты, в то время как синтез ферментов для получения др. 19 аминокислот будет продолжаться.

Лит.: Курганов Б. И., Аллостерические ферменты, М., 1978;Мецлер Д., Биохимия, пер. с англ., М., 1980, т. 2, гл. 6, т. 3, гл. 11; Коэн Ф., Регуляция ферментативной активности, пер. с англ., М. 1986; Каган 3. С., в сб.: Итоги науки и техники, Сер. биологическая химия, т. 28, М., 1989. 3. С. Каган.