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.