Ковалентная модификация ферментов
Еще одним способом изменять активность ферментов и таким образом, направленность метаболических процессов, является ковалентная или химическая модификация. Суть данного типа регуляции состоит в превращении активных форм ферментов в неактивные, и наоборот. Осуществляется такое взаимопревращение форм фермента путем ковалентного присоединения небольшой химической молекулы (фосфорной кислоты, АМР, уксусной кислоты) к определенным аминокислотным остаткам в молекуле фермента. Такими аминокислотами являются серин, треонин и тирозин. Процессы ковалентной модификации находятся под разнообразным контролем, в том числе и гормональным. Классическим примером такого рода регуляции является регуляция метаболизма гликогена в печени. Например, метаболизм гликогена определяется активностью гликогенфосфорилазы (мобилизация гликогена) и гликоген-синтазы (гликогеногенез). Активность этих ферментов регулируется координированно, т.е. если активна гликогенфосфорилаза, неактивна гликоген-синтаза. Следовательно, при определенных условиях в клетке будет превалировать либо расщепление, либо синтез гликогена (рис.28.4).
Рис.28.4. Регуляция активности гликогенфосфорилазы ковалентной модификацией (фосфорилирование-дефосфорилирование)
Ковалентная модификация регуляторных ферментов – заключительная стадия каскада реакций, передающих и усиливающих регуляторное действие некоторых гормонов непосредственно на обмен веществ в клетке.
Гормональная регуляция
Гормоны – сигнальные вещества, образующиеся в клетках эндокринных желез; поэтому гормональная регуляция свойственна только высшим организмам. Гормоны могут регулировать активность ферментов на уровне ковалентной модификации. Кроме того, они способны оказывать воздействие на скорость транскрипции (транскрипционная регуляция).
Из специализированных клеток, в которых происходит синтез гормонов, последние поступают в кровь и переносятся к клеткам-мишеням, имеющим рецепторы, способные связывать гормоны и тем самым воспринимать гормональный сигнал. Связывание гормона рецептором запускает каскад реакций с участием молекул-посредников. Этот процесс завершается клеточным ответом.
Липофильные гормоны связываются с внутриклеточным рецептором (белок) и регулируют транскрипцию определенных генов.
Гидрофильные гормоны действуют на клетки-мишени за счет связывания с рецепторами на плазматической мембране (рис.28.4).
Кроме гормонов аналогичным действием обладают другие сигнальные вещества: медиаторы, нейромедиаторы, ростовые факторы. Четкой границы, позволяющей отличать гормоны от перечисленных веществ, нет. Медиаторами называют сигнальные вещества, которые продуцируются не железами внутренней секреции, а различными типами клеток. К ним относят гистамин, простагландины, которые обладают гормоноподобным действием. Нейромедиаторами считают сигнальные вещества, продуцируемые клетками центральной нервной системы.