Регуляция активности ферментов

1. Изменение количества фермента – в результате увеличения или снижения синтеза:

исчезновение пищеварительных ферментов при длительном голодании и их появление в восстановительный период,при беременности и родах в молочной железе активируется синтез фермента лактозосинтазы,

этанол, барбитураты стимулируют синтез «своего» изофермента цитохрома Р450 в печени, который обезвреживает спирт.

2. Изменение концентрации субстрата (закон действия масс) – увеличение количества одного из субстратов сдвигает равновесие реакции и начинает реакцию.

Например, для цикла трикарбоновых кислот таким субстратом является оксалоацетат.

3. Компартментализация – сосредоточение ферментов и их субстратов в одном компартменте (одной органелле) – в эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях, лизосомах.

Например, окисление жирных кислот протекает в митохондриях, синтез белка – в рибосомах.

4. Ограниченный протеолиз проферментов – синтез ферментов осуществляется в виде предшественника (трипсиноген, пепсиноген, фибриноген), который при поступлении в нужное место активируется через отщепление от него одного или нескольких пептидных фрагментов.

Секреция ряда ферментов за пределы клетки в неактивном состоянии позволяет предохранить клетки от повреждения (пищеварительные ферменты) или сохранить белок до наступления определенного момента (фибриноген).

5. Наличие изоферментов.

Изоферменты – это молекулярные формы одного итого же фермента, возникшие в результате небольших генетических различий в первичной структуре фермента. Различные изоферменты определяют скорость и направление реакции благодаря разному сродству к субстрату.

Например, существует пять изоферментов лактатдегидрогеназы, фермента, участвующего в обмене глюкозы. Лактатдегидрогеназа-1 присутствует в миокарде, обладает высоким сродством к молочной кислоте, лактатдегидрогеназа-5 – находится в печени и скелетных мышцах, обладает низким сродством к лактату. Благодаря этому, в скелетных мышцах часть энергии, особенно в бескислородных условиях, образуется при превращении глюкозы через пируват в лактат. Миокард может использовать для получения энергии молочную кислоту, захватываемую из крови, но только в аэробных условиях.

6. Формирование мультиферментных комплексов – комплекс нескольких ферментов, осуществляющих ряд последовательных реакций. Благодаря таким комплексам значительно ускоряется скорость превращения молекул.

Например, пируватдегидрогеназный комплекс,  кетоглутаратдегидрогеназный комплекс, комплекс под названием пальмитатсинтаза.

7. Ковалентная (химическая) модификация – обратимое присоединение или отщепление определенной группы, благодаря которому изменяется активность фермента. Чаще всего такой группой является фосфорная кислота, реже метильные и ацетильные группы. Фосфорилирование фермента происходит по остаткам серина, треонина, тирозина.

Разные ферменты могут быть активны как в фосфорилированном, так и в нефосфорилированном состоянии. Например, гликогенфосфорилаза и гликогенсинтаза.

8. Аллостерическая регуляция. Аллостерические ферменты построены из двух и более субъединиц: часть субъединиц формирует каталитический центр, другая часть является регуляторной. Присоединение эффектора к регуляторной части изменяет конформацию белка и активность каталитической субъединицы. В качестве эффектораобычно выступает продукт данной или последующих реакций, но может быть субстрат реакции или иное вещество (например, цАМФ для протеинкиназы). Аллостерическими ферментами часто являются ферменты, стоящие в начале метаболических путей и от их активности зависит течение многих последующих реакций.

Например, фосфофруктокиназа регулируется НАД, лимонной кислотой, АТФ, фруктозо-1,6-дифосфатом, АДФ, АМФ.

Например, для цикла трикарбоновых кислот таким субстратом является оксалоацетат.