Изменение количества ферментов (или факторов, их регулирующих)

Изменение количества ферментов - самый медленный способ регуляции, который обычно затрагивает изменение биосинтеза белка или его метаболизма.

Определенная часть ферментов вырабатывается в организме человека постоянно, и скорость их синтеза избирательно не регулируется. Такие ферменты называют конститутивными.

Другие ферменты вырабатываются в необходимом количестве только в присутствии определенных индукторов. Такие ферменты называют индуцибельными. Индукцию может вызывать субстрат данного фермента.

К числу индуцибельных ферментов, синтез которых стимулируют субстраты, относят цитохром Р450. Этот фермент катализирует реакцию гидроксилирования эндогенных (например, стероидов) и экзогенных соединений. Окисление таких веществ цитохромом Р450 повышает их растворимость в воде и облегчает тем самым их выведение из организма. При попадании ксенобиотика (такого, например, как снотворное средство фенобарбитал) в печени многократно возрастает уровень цитохрома Р450 за счет индукции его синтеза.

Индукторами ферментов могут быть и гормоны. Например, стероидные гормоны коры надпочечников - глюкокортикоиды индуцируют синтез ферментов глюконеогенеза. Глюконеогенез - синтез глюкозы из органических кислот, поэтому индукция ферментов этого метаболического пути приводит к увеличению концентрации глюкозы в крови.

Помимо изменения концентрации ферментов, клетка может регулировать количество факторов, контролирующих их активность. В тканях и биологических жидкостях человека содержатся белки-ингибиторы протеолитических ферментов. Считают, что деструкция ткани и другие патологические процессы возникают при нарушении соотношения протеиназа/ингибитор. Например, при дефиците α₁-ингибитора протеиназ и α₂-макроглобулина плазмы крови у людей отмечают развитие ряда деструктивных заболеваний, таких, как эмфизема легких. (Это заболевание характеризуется деструкцией альвеол легких.) Введение α₁-ингибитора протеиназ таким больным позволяет затормозить развитие болезни.

Изоферменты

Изоферментами называют каталитически сходные множественные формы фермента у организмов одного вида, отличаемые по своим физико-химическим и иммунологическим свойствам.

Различают следующие изоферменты:

• Генетически независимые белки, кодируемые разными генами. Например, цитозольная и митохондриальная формы малатдегидрогеназы (МДГ), катализирующие обратимую реакцию дегидрирования малата:

• Олигомерные ферменты, состоящие из разных субъединиц. Например, фермент гликолиза лактатдегидрогеназа (ЛДГ) катализирует обратимую реакцию дегидрирования молочной кислоты (лактата):

Фермент является тетрамером, который может быть построен из двух типов субъединиц - H и M. Они получили свое название по первым буквам органов, из которых были выделены (от англ. heart - сердце и muscle - мышца). Субъединичный состав ЛДГ в разных тканях зависит от того, какие гены в них экспрессируются. В организме человека присутствует пять изоферментов ЛДГ, образованных Н- и М-субъединицами (табл. 5-5).

Таблица 5-5. Распределение изоферментов лактатдегидрогеназы в органах

Изоферменты ЛДГ различают по оптимуму рН, сродству к субстратам реакции, электрофоретической подвижности.

Преобладание того или иного изофермента в определенных тканях имеет большое биологическое значение. Например, в тканях с преобладанием анаэробного метаболизма (скелетных мышцах, печени) присутствует ЛДГ₅. Данный изофермент нечувствителен к ингибированию физиологическими концентрациями пирувата. Это способствует эффективному протеканию гликолиза (так называют процесс расщепления глюкозы до молочной кислоты, сопровождаемый образованием АТФ) в анаэробных условиях. ЛДГ₁ находится в тканях с преимущественно аэробным типом метаболизма. Активность этого фермента ингибирует пируват. Это препятствует накоплению лактата и создает условия для аэробного окисления пирувата.

В записную книжку врача