Металл с переменной валентностью: цинк, железо, медь, магний, алюминий(его мало, но когда много, то он таксикант). Условия функционирования ферментов и наличие металлов переменной валентности: рН среда, температурные условия, излучения и тяжелые металлы. Тяжелые Ме могут замещать в аллостерическом центре на активные металлы, тяж Ме 6,7 периоды(большой радиус),активность ферментов падает и резко меняется-это вред тяж Ме.(их убрать очень тяжело и не возможно почти).
АЛЛОСТЕРИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ, контроль за скоростью протекания отдельных метаболич.процессов в организме за счёт изменения активности регуляторных (аллостерических) ферментов.Направлена на наиболее экономичное использование материальных и энергетич. ресурсов клетки.Аллостерич. ферменты обладают четвертичной структурой (состоят из неск. полипептидных пеней) и помимо активного центра имеют обособленные «аллостерические» центры (один или неск.) на поверхностисвоих молекул. К этим центрам присоединяются специфич. регуляторы, т. н. эффекторы, изменяющиеактивность фермента, а следовательно, и всего метаболич. процесса в целом. В качестве эффекторов частовыступают нуклеотиды (напр., аденило-вая к-та, АТФ и т. п.), аминокислоты (в реакциях биосинтеза др.аминокислот) и др. А. р. анаболич. (биосинтетических) Путей осуществляется в осн. по принципу обратнойсвязи, когда конечный продукт биосинтетич. цепи подавляет действие фермента, катализирующегоначальную стадию всего процесса (т. н. ретроингибированне). В катаболич. путях, обеспечивающих клеткуэнергией, активность первого фермента контролируется соединениями, к-рые показывают уровеньэпергетич. состояния клетки в каждый данный момент, напр. фосфатами и аде-ниловыми нуклеотидами. Длянек-рых метаболич. путей известна ситуация, когда первый метаболит в цепи после-доват. реакцийактивирует фермент, катализирующий последнюю стадию, обеспечивая т. н. активацию предшественником.
Аллостерическая регуляция - один из типов регуляции активности фермента. Этот тип регуляции представляет собой эффект, наблюдаемый в тех случаях, когда небольшие молекулы(эффекторы), связываясь с ферментом не в области активного центра, изменяют скорость реакции. Подобная регуляция может быть гомотропной, когда молекула субстрата, взаимодействуя с ферментом, изменяет его сродство к молекулам того же субстрата, и гетеротропной, когда сродство к субстрату изменяется при взаимодействии фермента с молекулой, не похожей на молекулы субстрата. Гомотропные и гетеротропные эффекторы могут быть активаторами или ингибиторами.
Аллостерический активатор, действующий на фермент, описываемый симметричной моделью, будет связываться предпочтительно с R-конформером, стабилизируя это состояние. В результате активатор будет увеличивать начальную концентрацию R-конформеров по сравнению с концентрацией T-конформеров и, следовательно, увеличивать сродство фермента к своему субстрату (положительная кооперативность).
Аллостерический ингибитор, наоборот, предпочтительно связывает и стабилизирует фермент, находящийся в T-состоянии, вызывая таким образом уменьшение сродства фермента к своему субстрату (отрицательная кооперативность).
В целом роль аллостерических эффекторов заключается в том, чтобы либо расширить (в случае ингибитора), либо сузить (в случае активатора) диапазон концентраций субстрата, в котором фермент способен увеличивать скорость реакции.
Аллостерическая регуляция. Во многих строго биосинтетических реакциях основным типом регуляции скорости многоступенчатого ферментативного процесса является ингибирование по принципу обратной связи. Это означает, что конечный продукт биосинтетической цепи подавляет активность фермента, катализирующего первую стадию синтеза, которая является ключевой для данной цепи реакции. Поскольку конечный продукт структурно отличается от субстрата, он связывается с аллостерическим (некаталитическим) центром молекулы фермента, вызывая ингибирование всей цепи синтетической реакции.
Предположим, что в клетках осуществляется многоступенчатый биосинтетический процесс, каждая стадия которого катализируется собственным ферментом:
Подобные типы ингибирования конечным продуктом и активирования первым продуктом свойственны аллостерическим (регуляторным) ферментам, когда эффектор, модулятор, структурно отличаясь от субстрата, связывается в особом (аллостерическом) центре молекулы фермента, пространственно удаленном от активного центра. Следует, однако, иметь в виду, что модуляторами аллостерических ферментов могут быть как активаторы, так и ингибиторы. Часто оказывается, что сам субстрат оказывает активирующий эффект. Ферменты, для которых исубстрат, и модулятор представлены идентичными структурами, носят название гомотропных в отличие от гетеротропных ферментов, для которых модулятор имеет отличную от субстрата структуру. Взаимопревращение активного и неактивного аллостерических ферментов в упрощенной форме, а также конфор-мационные изменения, наблюдаемые при присоединении субстрата и эффекторов, представлены на рис. 4.25. Присоединение отрицательного эффектора к аллостерическому центру вызывает значительные изменения конфигурации активного центра молекулы фермента, в результате чего фермент теряет сродство к своему субстрату (образование неактивного комплекса).
Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется не только количеством молекул субстрата, но и другими веществами, называемыми эффекторами. Участвующие в аллостерической регуляции эффекторы – клеточные метаболиты часто именно того пути, регуляцию которого они осуществляют.
Роль аллостерических ферментов в метаболизме клетки. Аллостерические ферменты играют важную роль в метаболизме, так как они чрезвычайно быстро реагируют на малейшие изменения внутреннего состояния клетки. Аллостерическая регуляция имеет большое значение в следующих ситуациях:
· при анаболических процессах. Ингибирование конечным продуктом метаболического пути и активация начальными метаболитами позволяют осуществлять регуляцию синтеза этих соединений;
· при катаболических процессах. В случае накопления АТФ в клетке происходит ингибирование метаболических путей, обеспечивающих синтез энергии. Субстраты при этом расходуются на реакции запасания резервных питательных веществ;
· для координации анаболических и катаболических путей. АТФ и АДФ – аллостерические эффекторы, действующие как антагонисты;
· для координации параллельно протекающих и взаимосвязанных метаболических путей (например, синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, используемых для синтеза нуклеиновых кислот). Таким образом, конечные продукты одного метаболического пути могут быть аллостерическими эффекторами другого метаболического пути.
Особенности строения и функционирования аллостерических ферментов:
· обычно это олигомерные белки, состоящие из нескольких протомеров или имеющие доменное строение;
· они имеют аллостерический центр, пространственно удалённый от каталитического активного центра;
· эффекторы присоединяются к ферменту нековалентно в аллостерических (регуляторных) центрах;
· аллостерические центры, так же, как и каталитические, могут проявлять различную специфичность по отношению к лигандам: она может быть абсолютной и групповой. Некоторые ферменты имеют несколько аллостерических центров, одни из которых специфичны к активаторам, другие – к ингибиторам;
· протомер, на котором находится аллостерический центр, - регуляторный протомер, в отличие от каталитического протомера, содержащего активный центр, в котором проходит химическая реакция;
· аллостерические ферменты обладают свойством кооперативности: взаимодействие аллостерического эффектора с аллостерическим центром вызывает последовательное кооперативное изменение конформации всех субъединиц, приводящее к изменению конформации активного центра и изменению сродства фермента к субстрату, что снижает или увеличивает каталитическую активность фермента;
· регуляция аллостерических ферментов обратима: отсоединение эффектора от регуляторной субъединицы восстанавливает исходную каталитическую активность фермента;
· аллостерические ферменты катализируют ключевые реакции данного метаболического пути.
Регуляция каталитической активности ферментов белок-белковыми взаимодействиями.
Некоторые ферменты изменяют свою каталитическую активность в результате белок-белковых взаимодействий. Различают 2 механизма активации ферментов с помощью белок-белковых взаимодействий:
· активация ферментов в результате присоединения регуляторных белков;
· изменение каталитической активности ферментов вследствие ассоциации или диссоциации протомеров фермента.
Регуляция каталитической активности ферментов частичным (ограниченным) протеолизом.
Некоторые ферменты, функционирующие вне клеток (в ЖКТ или в плазме крови), синтезируются в виде неактивных предшественников и активируются только в результате гидролиза одной или нескольких определённых пептидных связей, что приводит к отщеплению части белковой молекулы предшественника. В результате в оставшейся части белковой молекулы происходит конформационная перестройка и формируется активный центр фермента (трипсиноген – трипсин).
23.
