Индукция и репрессия синтеза ферментов

Клетки могут синтезировать специфические ферменты в ответ на присутствие специфических низкомолекулярных индукторов.

Ферменты, концентрация которых в клетке не зависит от добавления индукторов, называются конститутивными.

Обычно клетки содержат небольшое, но измеримое количество соответствующего фермента даже в отсутствие индуктора. Это – базовый уровень. Величина отклика данного организма на введение индуктора определяется генетически.

При индукции может наблюдаться повышение содержания фермента, варьирующее от двукратного до тысячекратного. Таким образом, содержащаяся

в клетке наследственная генетическая информация определяет и характер, и величину реакции на введение индуктора.

Примерами индуцируемых ферментов у млекопитающих являются триптофанпирролаза, треониндегидраза, тирозин-α-оксоглутарат-трансаминаза, инвертаза, ферменты цикла мочевины, HMG-СоА-редуктаза и цитохром Р-450.

Некоторые ферменты, для действия которых необходимы в качестве кофакторов ионы и атомы металлов:
Коферменты, выполняющие роль промежуточных переносчиков некоторых атомов или функциональных групп:

 

 

3. Компартментация ферментов. Аллостерическая регуляция. Ингибирование по принципу обратной связи. Ковалентная модификация ферментов: фосфорилирование и дефосфорилирование, ограниченный протеолиз проферментов Пространственное распределение и клеточная компартментация ферментов, субстратов и кофакторов имеют кардинальное значение. Например, в клетках печени ферменты гликолиза локализованы в цитоплазме, а ферменты цикла лимонной кислоты – в митохондриях. В различных тканях также наблюдается различный состав ферментов.   Регуляция скорости ферментативных реакций осуществляется на трёх независимых уровнях: 1.Изменением количества молекул фермента (индукция ферментов). 2. Доступностью молекул субстрата и кофермента. 3. Изменением каталитической активности молекулы фермента. Основные способы регуляции активности ферментов: 1. Аллостерическая регуляция. 2. Регуляция с помощью белок-белковых взаимодействий. 3. Регуляция путём фосфорилирования/дефосфорилирования молекулы фермента. 4. Регуляция частичным (ограниченным) протеолизом. Схема, поясняющая работу аллостерического фермента: Принципы регуляции метаболических путей Регуляция каталитической активности фермента– отрицательная обратная связь:   Регуляция каталитической активности ферментов путём фосфорилирования/дефосфорилирования:  
Ковалентная модификация, регулирующая работу фермента и осуществляемая путем фосфорилирования/дефосфорилирования остатка серина

Регуляция каталитической активности ферментов частичным (ограниченным) протеолизом:

Гомеостаз –это способность живого организма поддерживать относительно постоянным состав внутриклеточной среды, т.е. все необходимые ферментативные реакции протекают со скоростями, соответствующими изменениям внутренней среды организма и его окружения.   Клетку или организм можно считать больными, если они неадекватно реагируют на внутреннее или внешнее воздействие.  
Ингибирование по принципу обратной связи на различных участках разветвленного биосинтетического пути.

S1-S5 – промежуточные соединения, образующиеся в ходе биосинтеза конечных продуктов A-D. Прямые стрелки соответствуют ферментам, катализирующим указанные превращения. Кривыми стрелками указаны петли обратной связи и вероятные участки ингибирования по принципу обратной связи специфическими конечными продуктами.

 

Некоторые ферменты млекопитающих, каталитическая активность которых в фосфорилированном и дефосфорилированном состояниях различна (Е – дефосфофермент, ЕР – фосфофермент):

4. Классификация и номенклатура ферментов. Изоферменты. Органоспецифические ферменты. Энзимодиагностика и энзимотерапия. Ингибиторы ферментов как лекарственные препараты. Наследственные энзимопатии Классификация ферментов (6 классов):
1. Оксидоредуктазы Перенос электронов и протонов
2. Трансферазы Перенос групп атомов, отличных от атомов водорода
3. Гидролазы Гидролиз различных связей (с участием молекулы воды)
4. Лиазы Образование двойных связей за счет удаления групп или добавление групп за счет разрыва двойных связей
5. Изомеразы Внутримолекулярный перенос групп с образованием изомерных форм
6. Лигазы (синтетазы) Соединение двух молекул и образование связей С—С, С—О, С—S и С—N, сопряженных с разрывом пирофосфатной связи АТФ

Оксидоредуктазы

Дегидрогеназы

Трансферазы

Гидролазы

Лиазы

Изомеразы

Когда изомеризация состоит из внутримолекулярном переносе группы, фермент называют «мутазой»:

Лигазы (синтетазы)

В случае, когда источником энергии служит любое другое макроэргическое соединение (не АТФ), ферменты называют синтазами

 

Физически различимые формы ферментов, обладающие одним и тем же видом каталитической активности, могут присутствовать в разных тканях одного организма, в разных типах клеток одной ткани и даже в прокариотическом организме, например в Е. coli.

Термин «изофермент» («изозим») охватывает все вышеупомянутые физически различимые белки с данной каталитической активностью, однако на практике, и особенно в клинической медицине, его употребляют в более узком смысле, подразумевая физически различимые и поддающиеся разделению формы данного фермента, присутствующие в различных типах клеток данного эукариотического организма, например человека. Известны изоферментные формы дегидрогеназ, оксидаз, трансаминаз, фосфатаз, трансфосфорилаз и протеолитических ферментов. В различных тканях могут находиться разные изоферменты, и эти изоферменты могут иметь неодинаковое сродство к субстратам.

Органоспецифичность

В процессе дифференцировки клеток происходит изменение ферментного состава клеток. Так, фермент аргиназа (участвует в синтезе мочевины) находится только в клетках печени, кислая фосфатаза (участвует в гидролизе моноэфиров ортофосфорной кислоты) – в клетках простаты.