• генная регуляция, связанная с изменением количества ферментов: регулирующие факторы влияют на биосинтез или разрушение ферментов.
• ферментная и генная регуляция используется не для всех ферментов; она наиболее эффективна для тех из них, которые лимитируют скорость определенных процессов или действуют около мест разветвления метаболических путей.
3.
Ферменты, лимитирующие скорость
Ферменты, лимитирующие скорость, – это такие ферменты, которые действуют на самом первом этапе того или иного пути и поэтому ограничивают скорость всего процесса. Например, скорость гликолиза лимитирует фосфофруктокиназа – фермент, превращающий фруктозо-6-фосфат (путем его фосфолирирования) в фруктозо-1,6-бисфосфат. В местах разветвления метаболических путей ферменты, с которых начинаются различные пути от одного субстрата, конкурируют между собой. Например, от пирувата мультиферментный комплекс пируватдегидрогеназы ведет через ацетил-СОА к циклу лимонной кислоты, а другие ферменты – к биосинтезу аминокислот аланина, валина и лейцина. Замедление одного пути, обусловленное регуляцией, приводит к ускорению другого пути, так что основное направление метаболизма изменяется.
Особенно важные ферменты контролируются обычно несколькими различными механизмами; так обстоит дело, например, с комплексом пируватдегидрогеназы и фосфофруктокиназой. Регуляция обмена веществ направлена на его рационализацию, она создает селективные преимущества в эволюции.
4.
Процессинг белков – предшественников пропротеинов
Пропротеины представляют собой неактивные белки , из которых в результате ферментативного отщепления части молекулы образуется функционирующий белок, например гормон инсулин из проинсулина. Если речь идет о ферменте, то белок-предшественник называют проферментом (зимогеном). Например, профермент трипсиноген из поджелудочной железы превращается в тонкой кишке в активный расщепляющий белки пищеварительный фермент трипсин благодаря тому, что фермент энтерокиназа отщепляет 6 аминокислотных остатков от конца цепи. В результате этого новая концевая группа изолейцин – валин становится частью каталитического центра и делает белок ункционально активным. Таким образом, при процессинге белка-предшественника фермент активируется с помощью второго фермента, играющего роль регулятора.
У различных ферментов активность изменяется при ковалентном обратимом присоединении фосфата. Такое фосфорилирование осуществляют протеинкиназы с помощью АТР (белок + АТР > фосфорилированный белок + АДР), а дефосфорилирование – фосфатазы (фосфорилированный белок > белок + фосфат). Примеры таких ферментов: а) фосфорилаза А, которая играет важную роль в обмене углеводов в печени и мышцах и фосфоролитически отщепляет глюкозо-1-фосфат от гликогена; б) упомянутый выше комплекс пируватдегидрогеназы.