Метаболический контроль ферментативных реакций

Гипотетический путь метаболизма, включающий стадии А, В, С, D, показан на схеме, на этом пути реакции А ↔ В и C↔ D являются равновесны­ми, а реакция В → С—неравновесной. Скорость по­тока в таком метаболическом пути может регулироваться доступностью субстрата А. Это зависит от его поступления из крови, что в свою очередь зависит от количества пищи, поступившей в кишечник, или же от скоростей некоторых ключевых реакций, в результате которых основные субстраты высвобождаются и поступают в кровь, где их концентрация поддерживается на определенном уровне. Примера­ми могут служить пусковая реакция, катализируе­мая фосфорилазой печени, которая обеспечивает кровь глюкозой, а также реакция, катализируемая гормонзависимой липазой жировой ткани, постав­ляющая свободные жирные кислоты. Скорость про­цесса зависит также от способности субстрата А про­никать через клеточные мембраны, от эффективно­сти удаления конечного продукта D и от доступно­сти косубстратов или кофакторов, обозначенных X и Y на схеме.

Ферменты, катализирующие неравновесные реак­ции, чаще всего являются аллостерическими, и их ре­гуляция быстро осуществляется по принципу «обратной связи» или «прямой связи» под действием аллостерических модуляторов в ответ на потребно­сти клетки. Другие механизмы регуляции, связанные с действием гормонов, обеспечивают по­требности организма в целом. Гормональная регу­ляция осуществляется с помощью нескольких меха­низмов, одним из которых является ковалентная модификация фермента путем фосфорилирования и дефосфорилирования. Этот процесс проте­кает быстро; одной из промежуточных стадий часто является образование цАМФ, который в свою оче­редь стимулирует переход фермента из одной (на­пример, неактивной) формы в другую. В процессе участвуют далее цАМФ-зависимая протеинкиназа, ко­торая катализирует фосфорилирование фермента, или специфические фосфатазы, катализирующие его дефосфорилирование. Активной формой может быть либо фосфорилированный фермент, как в случае ферментов, катализирующих пути катаболизма (например, фосфорилаза а), или дефосфорилированный фермент, как в случае ферментов, катализирую­щих процессы биосинтеза (например, гликогенсинтаза a).

Фосфорилирование некоторых регуляторных ферментов может осуществляться без участия цАМФ и цАМФ-зависимой протеинкиназы. Фосфорилиро­вание этих ферментов зависит от таких метаболиче­ских сигналов, как изменение соотношения [ATФ]/[AДФ] (пример—пируватдегидрогеназа) или активность Са²⁺/кальмодулинзависимых протеинкиназ (пример—киназа фосфорилазы) [6].

Синтез ферментов, контролирующих скорость метаболических путей, может изменяться под дей­ствием гормонов. Поскольку в этом случае происхо­дит синтез новых белковых молекул, изменение ак­тивности происходит сравнительно медленно и чаще всего в ответ на изменение количества и состава по­ступающей пищи. Гормоны могут действовать как индукторы или репрессоры синтеза мРНК в ядре или как стимуляторы стадии трансляции белкового син­теза на уровне рибосом [8].

Рис.1. Механизмы регуляции ферментативных реакций [6].

Цифры, заключенные в кружки. Указывают вероятные участки действия гормонов. 1-изменение проницаемости мембраны; 2-перход фермента из неактивной формы в активную; 3- изменение скорости трансляции мРНК на рибосомальном уровне; 4- индукция образования новой мРНК; 5-репрессия образования мРНК.

Date: 2016-08-29; view: 411; Нарушение авторских прав