Ковалентна модифікація ферментів
Регуляторні ферменти можуть «включатись» або «виключатись» шляхом зворотної ковалентної модифікації. Як правило, це відбувається при приєднанні або від’єднанні окремих груп, при цьому одна форма ензиму стає активніша за іншу. Наприклад:я глікогенфосфорилаза хлібної цвілі Neurospora crassa існує у фосфорильованій та дефосфорильованій формах. Перша називається фосфорилаза а, друга – фосфорилаза в. Фосфорилаза в неактивна, оскільки її активатор АМФ, як правило, присутній у недостатньо високих кількостях. Фосфорилаза а, фіосфорильована форма ферменту, активна навіть без АМФ. Глікогенфосфорилаза стимулюється шляхом фосфорилювання фосфорилази в з перетворенням її у фосфорилазу а. Приєднання фосфату змінює конформацію ферменту. Фосфорилювання і дефосфорилювання каталізується окремими ферментами, які теж регулюються.
Фосфорилаза в
(неактивна)
Фн
АТФ
АДФ
Н2О
Фосфорилаза а
(активна)
(глюкоза)п (глюкоза)п-1
+ Фн + глюкозо-1-фосфат
Ферменти можуть регулюватися шляхом приєднання інших груп, не обов’язково фосфатів. Наприклад, глютаматсинтаза E.coli – великий комплексний фермент, який може існувати в двох формах. Коли залишки аденілової кислоти приєднані до кожної з його 12 субодиниць (аденильований фермент), глутаматсинтаза не дуже активна. Видалення АМФ-груп призводить до утворення більш активної деаденильованої форми глутаматсинтази, и як результат утворюється амінокислота глютамін.
Інгібування кінцевим продуктом
У мікробній клітині практично всі метаболічні шляхи так чи інакше регулюються. Кожний шлях має що найменше один фермент – пейсмекер (ключовий, завдавач ритму), який каталізує найповільнішу або лімітуючу реакцію на шляху. Змінюючи активність цього ферменту можна вплинути на протікання всього шляху.
Найчастіше пейсмекер каталізує перший етап на шляху метаболізму. У випадку, коли кінцевий продукт подавляє активність першого ферменту з даного ланцюгу реакцій, то кажуть про інгібування кінцевим продуктом (ретроінгібування). Кінцевого продукту утворюється багато, він інгібує регуляторний фермент, тим самим знижуючи свій власний синтез. Коли його концентрація зменшується, шлях знову починає працювати.
Часто біосинтетичні шляхи розгалужені та утворюють більше, ніж один кінцевий продукт. У таких випадках рівновага досягається шляхом регуляції ферментів у місцях розгалуження.
P Q
F G
Е
_ ↑ _
↑
↑
В
_ ↑ _
А
Якщо кінцевий продукт у надлишку, він часто інгібує фермент у місці розгалуження в тій послідовності реакцій, що призводить до його утворення, без впливу на інші шляхи. На малюнку показано, що обидва кінцеві продукти інгібують початковий фермент шляху.
Регуляція багато розгалужених метаболічних шляхів здійснюється більш складно внаслідок наявності ізоферментів – різних ферментів, які каналізують однакову реакцію.
Перший початковий крок може каталізуватись декількома ізоензимами, кожен з яких окремо і незалежно контролюється. В такій ситуації надлишок одного з декількох кінцевих продуктів зменшує активність шляху, але не блокує повністю шлях, оскільки деякі ізоферменти залишаються активними.
РЕГУЛЯЦІЯ СИНТЕЗУ ФЕРМЕНТІВ
Контроль метаболізму шляхом регуляції активності ферментів – це процес, який дозволяє швидко пристосовувати метаболічну активність до даного моменту. Мікроорганізми здатні змінювати метаболізм шляхом контролювання експресії генів. Регулювання експресії генів дозволяє зберегти енергію та біологічний матеріал, підтримати баланс між різними клітинними білками, пристосуватись до довготривалих змін у середовищі. Контроль експресії генів доповнює регуляцію ферментативної активності.