Курсив не потрібно зубрити.
Параграф N 6. Див. П. 57-59, 4 і 6. "Механізмирегуляцііактівності окремих ферментів". Здатність ферментів змінювати свою активність званої регульованої. Речовини (або інші фактори), під дією яких відбувається зміна активності ферментів, називаються регуляторами. Речовини, які збільшують активність ферментів, називаються активаторами. Речовини, які знижують активність ферментів, називаються інгібіторами (не плутати з індукторами).
Для чого активність ферментів потрібно регулювати?
Для того, щоб активність ферментів відповідала потребам організму: щоб фермент працював тоді, коли його робота потрібна і не працював тоді, коли його робота не потрібна. Наприклад, активність ферментів, які каталізують розщеплення жиру (ліполізп.44) в білій жировій тканині, потрібна тоді, коли людина голодна або зайнятий фізичною працею, тому в цих умовах і відбувається активація ферментів ліполізу. І навпаки, після їжі і при відпочинку розщеплення жиру не потрібно, тому в стані ситості і відпочинку ферменти ліполізу не активні.
За рахунок чого активність ферментів може змінюватися?
Фермент активний тоді, коли у нього сформований активний центр - ділянка, який здатний специфічно дізнаватися певні субстрати, зв'язуватися ихи прискорювати їх перетворення в продукти (тобто каталізувати хіміческуюреакцію) .Актівний центр утворюється з 3-4 радикалів, які зближуються і певним чином орієнтуються в просторі при формуванні третинної (або четвертинної) структури білка. Якщо конформація білка змінюється, то змінюється і розташування радикалів активного центру - це може привести до збільшення здатності АЦ каталізувати реакцію (і тим самим - до активації молекули ферменту) або до зменшення (і в результаті - кінактіваціі, до пригнічення ферменту). Тобто - можливість регулювання ферментів обумовлена здатністю ферментів змінювати свою конформацію і залежністю їх активності від конформації. Відомо 5 механізмів регуляції молекул ферментів. Вони відрізняються один від другатіпом регулятораі типом взаємодії між ферментом і регулятором. 3 механізму відносяться до фізичних і 2 - до хімічних. Хімічні механізми пов'язані з хімічними реакціями і з освітою або руйнуванням ковалентних зв'язків, а фізичні не пов'язані з хімічними реакціями між регулятором і ферментом, а пов'язані з фізичними взаємодіями між регулятором і ферментом. До фізичних механізмам відносять ізостеріческмій, аллостерічеський і взаємодія білок-білок. До хімічних механізмів відносять: хімічну модифікацію і обмежений протеоліз.
6. 1. Ф і з і ч е с к и ї механізми регуляції (3.).
6.1. 1. І з о з т е р і ч е с к и й механізм.
"ІЗОСЕВ" означає "такий же", "там же", а "стерео" - місце, простір. Механізм називається так тому, що регулятор зв'язується там же, де і субстрат, тобто в активному центрі. Такий регулятор (ізостеричний) виявляється інгібітором. то естьон гальмує хімічну реакцію. Тому що місце в АЦ регулятор зайняв, субстрату зв'язатися в АЦ не дозволяє, а сам регулятор перетворитися в продукт не способен.Еслі ізостеричний регулятор зв'язується в АЦ, неміцною (тобто якщо він є оборотним інгібітором), то він здатний "вийти" з АЦ . Після цього в АЦ може зв'язатися субстрат. І чим більше молекул субстрату, тим імовірніше, що в АЦ будуть зв'язуватися саме молекули субстрату. Оскільки молекули ізостеричні інгібітора і молекули субстрату конкурують за зв'язування з АЦ, то ізостеричні інгібітори називають конкурентними (якщо вони оборотні). Однією з ознак конкурентного інгібітору є те, що таке інгібування "знімається додаванням субстрату": це означає, що при додаванні субстрату швидкість реакції, знижена при додаванні інгібітора, знову збільшується. В організмі конкурентні інгібітори які не виробляються, як правило. Вони надходять в організм екзогенних - як ліки або отрути. Приклад ізостеричні інгібітора - це малонат. Малонат пригнічує фермент СДГ - сукцинат / дегідрогеназу. Субстратом СДГ є сукцинат. Під дією СДГ сукцинат перетворюється в фумарат (при відщепленні двох атомів водню від 2-го і 3-го атомів вуглецю сукцината). Властивості малоната дуже схожі на властивості сукцината: у обох по дві карбоксильні групи, що і дозволяє обом зв'язуватися в АЦ СДГ. Але при цьому сукцинат може перетворюватися в фумарат, а малонат - не може. Іноді люди замість етанолу випивають метанол. В цьому випадку у них більший ризик померти, ніж від прийому етанолу (етанолтоже іноді призводить кбистройсмерті - особливо при переохолодженні, перевтомі і голод). Формули і властивості етанолу і метанолу теж схожі, тому метанол може зв'язуватися в активному центрі ферменту алкоголь / дегідрогенази, який зазвичай перетворює етанол і ацетальдегід. Метанол теж перетворюється в альдегід - формальдегід (формальдегід). Формальдегіднамного більш токсична, ніж ацетальдегід, тому метанол небезпечніше пити, ніж етанол. Шанс врятувати людину, яка випила метанол, є. Для порятунку потрібно дати випити етанол ( "клин клином."). Молекули етанолу будутконкуріровать з молекулами метанолу за зв'язування в АЦ АлДГ, іврезультате менше число молекул метанолу перетвориться у формальдегід.
6. 1. 2. А л л про з т е р і ч е с к и й механізм.
"Аллос" означає "інший". Механізм називається так тому, що регулятор зв'язуватися не в активному центрі. а в інший ділянці молекули ферменту. Цей іншу ділянку молекули називають аллостерическим центром, а регулятор називають аллостерическим регулятором. Чому аллостерічеський регулятор впливає на роботу ферменту? - Тому що він впливає на конформацію молекули і в результаті - на освіту активного центру. Якщо в присутності аллостеріческого регуляторамолекула перебудовується так, що активний центр (розташовані певним чином 3-4 радикала) зникає, то регулятор виявляється інгібітором. І навпаки - якщо в присутності регулятораконформація молекули стає такою, що активний центрпоявляется, то регулятор виявляється активатором. (Ізостеричні регулятор виявляється інгібітором, а серед аллостеріческіх регуляторів бувають і інгібітори, і активатори). Приклади. Аллостеріческім регуляторами є більшість внутрішньоклітинних регуляторів (тобто їх походження ендогенне). АТФ є аллостерическим інгібітором для багатьох процесів катаболізму (наприклад, для гліколізу, для ДЦ) і, навпаки, аллостерическим активатором для ряду процесів анаболізму (наприклад, АТФ активує ГНГ). Регуляторні ефекти АДФ (вплив АДФ на метаболізм) протилежні ефектам АТФ (бо [АТФ] і [АДФ] обернено пропорційні: чим більше АТФ, тим менше АДФ і навпаки: АТФ утворюється з АДФ, а АДФ утворюється з АТФ (але не тільки) . аллостеріческого інгібіторами часто є продукти метаболічних шляхів. Коли [продукту] стає достатньою для клітини, тодальнейшее виробництво продукту стає тимчасово не потрібним, тому продукт знижує швидкість процесу, за рахунок пригнічення ферментів процесу (ключових - см.п.7) .Приклад: АТФ явл яется продуктом процесу дихальна ланцюг, тому при накопиченні АТФ швидкість ДЦ знижується - під дією АТФ, який пригнічує роботу ферментів ДЦ (не плутайте це з пригніченням ДЦ під дією інших інгібіторів - таких, як ціаніди - докладніше см.п.21) .Інгібірованіе процесу продуктом є прикладом негативного зворотного зв'язку - тобто принципу регуляції, згідно з яким результат процесу пригальмовує процесс.Неконкурентность.Поскольку аллостерічеський інгібітор не зв'язується в активному центрі, онне конкуріруетза св зиваніе в активному центрі з субстратом.Аллостеріческіе інгібітори відносяться до неконкурентним. І інгібування ними не знімається додаванням субстрату.
І з о стерические і а л л про стерические регулятори.
Регулятор білка сам може бути білком. Механізми регуляції, при яких регулятор є білком. називають взаємодією білок-білок. Один з білків в назві механізму - це білок-регулятор, а другий - сам регульований білок (в т.ч. фермент). При ВД ББ білок-регулятор можетсчітатьсяотдельной (самостійної) молекулою, а може вважатися частиною тієї ж молекули, що і регульований білок.
Якщо білок-регулятор є окремою самостійною молекулою, то механізм називається міжмолекулярним взаємодією білок-білок (тобто взаємодією між молекулойрегуліруемого белкаі молекулою-регулятором). Білок-регулятор виявляється зазвичай інгібітором регульованого білка. Приклади. Білковий інгібітор тромбіну називається антитромбіном - він перешкоджає роботі тромбіну, що запобігає утворенню тромбів. (І, навпаки, дефіцітантітромбіна може сприяти утворенню тромбів). Білковий інгібітор трипсину і ряду інших пептідаз називається анти / трипсином або анти / пептидаз. Медичне значення. Дефіцит анти / пептідаз призводить до смерті від цирозу і фіброзу легенів - тому що без антіпептідаз прискорюється руйнування пептидазами білків тканин. Порятунком вважається пересадка печені.Інгібітори пептідаз використовуються як ліки при панкреатиті іпрінекоторихопаснихотеках.
Якщо білок-регулятор разом з регульованим білком образуюткомплекс. єдину молекулу - тобто білок з четвертинної структурою (олігомер), то механізм називається внутрімолекулярних взаємодією білок-білок (ВМ ВД ББ). При цьому окремі ППЦ регульованого білка і регулює білка є субодиницями (РЄ) єдиного олигомера.
Комплекс регулятора і регульованого білка (олігомер) може існувати, не піддаючись регулярному розпаду і повторної збірці - такий механізм називається внутрімолекулярних взаємодією білок-білок "без зміни олігомерного". Прикладом є гемоглобін. Молекула гемоглобіну складається з чотирьох субодиниць (є тетрамером). Кожна з 4-х субодиниць є і регульованим білком, і білковим регулятором інших субодиниць: кожна субодиниця регулюється другіміСЕі регулює інші субодиниці. Завдяки впливу субодиниць гемоглобіну руг на одного комплекс з 4-х субодиниць гемоглобіну в 400 разів більш активний, ніж одиночна кулька схожого білка - міоглобіну. (Одна субодиниця гемоглобіну в складі тетрамера активніше, чембила бувши поодинці, в 100 разів). Якби субодиниці гемоглобіну утворювали тетрамер, а працювали б поодинці, то організм отримував би в 100 разів менше кисню, що було б недостатнім для жізні.Вліяніе одних субодиниць на активність інших в складі олигомера називаетсякооператівностью.Кооператівность, при якій відбувається активація субодиниць, називається позитивною. У гемоглобіні кооперативность позитивна. тобто субодиниці активуються.
Якщо при внутрішньо-молекулярні взаємодії білок-білок відбувається регулярний розпад олигомера і подальша збірка. то механізм називається внутрімолекулярних взаємодією білок-білок "зі зміною олігомерного". Приклад білка, регульованого за таким механізмом - протеінкіназаА (ПК А). ПК А каталізує фосфорилювання білків (див. Хімічну модифікацію). ПК А складається з 4 субодиниць, тобто є тетрамером (як і гемоглобін). З цих 4-х РЄ тільки дві здатні каталізувати реакцію (фосфорилювати білки), і тому ці 2 РЄ називаються каталітичними. Функція двох інших РЄ полягає в регуляції активності каталітичних, тому дві інші РЄ називаються регуляторними. Коли каталітичні пов'язані з регуляторними, каталітичні не активні, ПК А не працює - тобто регуляторні РЄ є інгібіторами каталітичних. Коли регуляторні від'єднуються від каталітичних, каталітичні можуть працювати. Процедура відключення регуляторних відбувається тоді, коли з ними зв'язується речовина цАМФ - в такий спосіб, активатором ПК А є цАМФ. цАМФ утворюється в клітці з АТФ під впливом деяких гормонів (в тому числі адреналіну) .Распадолігомера називаетсядіссоціаціей, а збірка з РЄ-асоціація. ПК А активна після дисоціації, ав стані олигомера ПК А не активна. Т. к. В олигомере ПК А відбувається інгібування РЄ, то кооперативность в ПК А є негативною.
Взаємодія білок-білок (Б-Б): білка-регулятора і регульованого білка (в т.ч. ферменту).
6. 2. Х і м і ч е с к и ї механізми регуляції ферментів.
6. 2. 1. (4-й механізм регуляції). Хімічна м о д і ф і до а ц і я.
За рахунок чого при цьому механізмі змінюється активність ферменту? Активність ферменту змінюється за рахунок приєднання або відщеплення фосфату. (Фосфат - це залишок ортофосфорної кислоти: -Н2 РО3.) При рН клітин (близько 7, нейтральний) фосфат дисоціює (віддає в середу протон - Н +) і за рахунок цього набуває негативний заряд. Цей негативний заряд фосфату впливає на конформацію молекули ферменту (або іншого білка) і в результаті - на активність ферменту. Фермент активний з фосфатом або без фосфату? Деякі ферменти активуються після приєднання фосфату, а деякі, навпаки, активні до приєднання фосфату, а при приєднанні фосфату инактивируются (ингибируются). Приклади - фермент, який бере участь у розщепленні глікогену (глікоген / фосфорилаза), активний з приєднаним фосфатом, а фермент, який бере участь в синтезі глікогену (глікоген / синтаза), активний без фосфату.
називається фосфорилюванням і каталізується ферментами протєїнкиназамі ( "переносниками фосфатів на протеїни", ПК). Джерелом фосфату для перенесення будь-якими кіназами є АТФ. який після віддачі АТФ перетворюється в АДФ. Прісоедінеіе фосфату відбувається "по" ОН груп білків: до атому кисню "замість" атома Н приєднується фосфат. Реакція між спиртовою групою (ОН) і кислотою (фосфатом) називається реакціейетеріфікаціі, з'єднання називається складним ефіром, а зв'язок між О і фосфатом (або залишком інший кислоти) називається сложноефірной.ОН група ферменту, яка вступає в етерифікацію, частіше всегоявляется частиною радікаласеріна. Але естьОНі в радикал тирозину; ферменти, які фосфорилируют білки по ОН груп радикалів тирозину, називаються тирозин / кіназами (ТК).
Відщепляється фосфат у вигляді Н3 РО4.
Відщеплення фосфату називається дефосфорілірованіем і каталізується протеїн / фосфатази (ПФ). Для перетворення отщепляемогофосфата (Н2РО3) в Н3РО4к фосфатунужно приєднати атоми ОН. Джерелом ОН атомів є молекула води НОН; ще один атом водню води приєднується "замість" відщеплення фосфату. Тобто відщеплення фосфату відбувається шляхом гідролізу (розщеплення зв'язку з участю води). АТФ в дефосфорилюванні НЕ участвует.Об оборотності фосфорилювання і дефосфорилирования: ці процессиНЕявляются оборотними реакціями. Оборотним являетсятолько стан ферменту: фосфат можна і приєднати, і отщепіть.Актівность і ПК, і ПФ, і ТК залежить від гормонів, ноподробності цього- в іншій темі.
З р а в н е н і е фосфорилювання і дефосфорілірованіе.