Аллостерическая регуляция

Ферменты, имеющие такой механизм регуляции являются, как правило, олигомерными белками. Они состоят из нескольких (не менее 2 х) субъединиц, имеют активный и аллостерический центры, которые находятся на разных субъединицах. Присоединение эффектора (клеточного метаболита) в аллостерический центр вызывает кооперативные конформационные изменения всех протомеров.

Если в аллостерическом центре связывается эффектор (активатор), повышается связывание субстрата в активном центре и возрастает скорость реакции, которую катализирует этот фермент. Конформационные перестройки в активном центре фермента повышают или понижают его сродство к субстрату.

При увеличении в клетке концентрации активатора возрастает скорость его связывания в аллостерическом центре. Изменяется конформация регуляторной субъединицы фермента, происходят кооперативные конформационные изменения в ферменте, изменяется конформация активного центра фермента, повышается сродство фермента к субстрату и скорость ферментативной реакции. При понижении концентрации аллостерического активатора снижается скорость связывания регуляторного лиганда в аллостерическом центре. Изменяется конформация регуляторной субъединицы, происходят кооперативные конформационные изменения в ферменте, изменяется конформация активного центра, снижается сродство к субстрату и понижается скорость реакции.

Если же эффектором является ингибитор, то сродство фермента к субстрату и скорость превращения его в продукт снижаются.

Аллостерические ферменты регулируют скорость метаболических путей, которые представляют собой последовательность взаимосвязанных реакций, катализируемых разными ферментами

Е1 Е2 Е3 Е4

S B C D P

Вещество S превращается в продукт Р в результате 4 последовательных ферментативных реакций. Продукт одной реакции служит субстратом следующей.

Аллостерические ферменты катализируют:

· Необратимые или частично обратимые реакции

· Самые медленные, ключевые реакции

· Реакции в местах разветвления метаболического пути

Регуляторные молекулы:

· Конечные продукты метаболических путей

· Субстраты метаболических путей

· Промежуточные метаболиты или специфические молекулы

Например, катаболизм глюкозы до СО₂ и Н₂О регулируется аллостерически.

Е1 Е2 Е3 Ем

глюкоза В С М N ….. ……. СО₂, Н₂О, АТФ

Значение данного процесса состоит в синтезе АТФ в клетке за счет катаболизма глюкозы. При увеличении отношения АТФ/АДФ скорость реакций данного метаболического пути снижается. Из представленной выше последовательности ферментативных реакций аллостерическим является Е3, так как он катализирует необратимую самую медленную реакцию.

При повышении уровня АТФ в клетке

· АТФ взаимодействует с аллостерическим центром фермента Е3

· Происходят кооперативные конформационные изменения фермента Е3

· Снижается сродство Е3 к субстрату

· Понижается активность и замедляется реакция катализируемая ферментом Е3

· Понижается скорость метаболического пути