Войти
A регуляторный фермент является ферментом в биохимическом пути, который через свои ответы на присутствие некоторых других биомолекул регулирует активность пути. Обычно это делается для путей, продукты которых могут потребоваться в разных количествах в разное время, например, для выработки гормона. Регулирующие ферменты существуют в высоких концентрациях (низкий Vmax), поэтому их активность может увеличиваться или уменьшаться при изменении концентрации субстрата.
Ферменты, которые снова и снова катализируют химические реакции, называются регуляторными ферментами.
Как правило, считается, что белок с гиперболической структурой в определенных условиях среды готов выполнять свою задачу, он активен, но некоторая специфическая деактивация отвечает за регуляцию некоторых путей метаболизма. Регуляторные ферменты обычно являются первым ферментом в мультиферментной системе: продукт реакции, катализируемой первым ферментом, является субстратом второго фермента, поэтому клетка может контролировать количество получаемого продукта, регулируя активность первого фермента путь.
Существует множество стратегий активации и дезактивации регуляторных ферментов. Регулирующие ферменты требуют дополнительного процесса активации и должны пройти через некоторые модификации в их 3D, чтобы стать функциональными, например, катализирующие ферменты (регуляторные ферменты). Регулирование активации этих каталитических ферментов необходимо для регулирования всей скорости реакции, чтобы можно было получить необходимое количество продукта в любое время, что придает регуляторным ферментам биологическое значение . Следовательно, регуляторные ферменты, благодаря своей контролируемой активации, бывают двух типов: аллостерические ферменты и ковалентно модулируемые ферменты; однако фермент может сочетать оба типа регуляции.
В а) аллостерический фермент функционирует нормально. В b) он ингибируется Этот тип ферментов имеет два сайта связывания: субстрат фермента и эффекторы. Эффекторы - это небольшие молекулы, которые модулируют активность фермента; они действуют посредством обратимого нековалентного связывания регуляторного метаболита в аллостерическом сайте (который не является активным сайтом). Будучи связанными, эти метаболиты не участвуют в катализе напрямую, но они по-прежнему важны: они приводят к конформационным изменениям в конкретной части фермента. Эти изменения влияют на общую конформацию активного сайта, вызывая модификации активности реакции.
Свойства
Аллостерические ферменты обычно больше по массе, чем другие ферменты. В отличие от единственной субъединицы фермента, в этом случае они состоят из нескольких субъединиц, которые содержат активные сайты и сайты связывания регуляторных молекул.
Они представляют особую кинетику: сотрудничество. Здесь изменения конфигурации в каждой цепи белка усиливают изменения в других цепях. Эти изменения происходят на третичном и четвертичном уровнях организации.
В зависимости от модуляции их можно разделить на две разные группы:
В некоторых мультиферментных системах фермент ингибируется конечным продуктом всякий раз, когда его концентрация превышает потребности клетки. Таким образом, скорость реакции можно контролировать с помощью количества продукта, необходимого клетке (чем ниже требования, тем медленнее идет реакция).
Подавление обратной связи - одна из наиболее важных функций белков. Благодаря ингибированию обратной связи клетка может знать, достаточно ли количества продукта для ее существования, или продукта не хватает (или продукта слишком много). Клетка способна механически реагировать на такую ситуацию и решать проблему количества продукта. Примером ингибирования обратной связи в клетках человека является протеин аконитаза (фермент, который катализирует изомеризацию цитрата в изоцитрат). Когда клетке требуется железо, этот фермент теряет молекулу железа, и ее форма изменяется. Когда это происходит, аконитаза превращается в репрессор трансляции или стабилизатор мРНК, который подавляет образование железосвязывающих белков и способствует образованию белков, которые могут получать железо из резервов клетки
Здесь активная и неактивная формы ферментов изменяются из-за ковалентной модификации их структур, которая катализируется другими ферментами. Этот тип регуляции заключается в добавлении или удалении некоторых молекул, которые могут быть прикреплены к ферментному белку. Наиболее важными группами, которые работают как модификаторы, являются фосфат, метил, уридин, аденин и аденозиндифосфат рибозил. Эти группы присоединяются к белку или удаляются из него другими ферментами. Самая замечательная ковалентная модификация - это фосфорилирование. Серин, треонин и тирозин - обычные аминокислоты, которые участвуют в ковалентных модификациях и используются для контроля каталитической активности ферментов. Киназа и фосфатазы являются общеизвестными ферментами, которые влияют на эти модификации, которые приводят к смещению конформационных состояний аффинности связывания с субстратом.
Фосфорилирование фермента Фосфорилирование - это добавление фосфатных групп к белкам, которое является наиболее частым механизмом регуляторной модификации в наших клетках. Этот процесс происходит в прокариотических и эукариотических клетках (в клетках этого типа фосфорилируется треть или половина белков). Из-за своей частоты фосфорилирование имеет большое значение в регуляторных путях в клетках.
Добавление фосфорильной группы к ферменту катализируется ферментами киназ, а отщепление этой группы катализируется ферментами фосфатаз. Частота фосфорилирования как регуляторного механизма обусловлена легкостью перехода от фосфорилированной формы к дефосфорилированной форме.
Фосфорилирование или дефосфорилирование заставляет фермент функционировать в то время, когда клетке требуется реакция. Эффекты, вызываемые добавлением фосфорильных групп, регулирующих кинетику реакции, можно разделить на две группы:
Фосфорилирование и дефосфорилирование могут иметь место в результате реакции на сигналы, предупреждающие об изменении состояния клетки. Это означает, что некоторые пути, в которых участвуют регуляторные ферменты, регулируются фосфорилированием после определенного сигнала: изменения в клетке.
Некоторые ферменты могут фосфорилироваться по нескольким сайтам. Присутствие фосфорильной группы в части белка может зависеть от укладки фермента (что может сделать белок более или менее доступным для белков киназ) и близости других фосфорильных групп.
Химотрипсиноген (предшественник химотрипсина). Окрашенный в красный цвет остаток ILE16 и зеленый остаток ARG15 оба участвуют в активации фермента. Темно-синим цветом обозначен остаток ASP 194, который позже будет взаимодействовать с ILE 16. 
Гамма-химотрипсин. Красный цвет - остаток ILE16, который теперь взаимодействует с ASP194, темно-синий. Первый этап активации фермента: пептидная связь ARG15-ILE16 гидролизована с высвобождением амина ILE16, положительно заряженного в физиологических условиях. Амин будет сильно взаимодействовать с отрицательно заряженным радикалом из ASP194, будет установлена ионная связь. 
Гамма-химотрипсин, комплекс альфа-химотрипсина. Изображения изменены из pdb Некоторые ферменты должны пройти через процесс созревания, чтобы активироваться. Сначала синтезируется предшественник (неактивное состояние, более известное как зимоген ), а затем путем разрезания некоторых специфических пептидных связей (ферментативный катализ путем гидролитического селективного расщепления) его трехмерная конформация сильно модифицируется в каталитический функциональный статус., получая активный фермент.
Протеолиз - необратимый и обычно неспецифический процесс. Один и тот же активатор может модулировать различные регуляторные ферменты: как только трипсин активируется, он активирует многие другие гидролитические ферменты. Протеолиз также может быть быстрым и простым, поэтому гидролиза одной пептидной связи может быть достаточно для изменения конформации белка и создания активной зоны, позволяющей взаимодействие между ферментом и субстрат, например, активация химотрипсина (как это видно на изображениях).
Многие разные типы белков с разной ролью в метаболизме активируются протеолизом по большим причинам:
Протеолиз необратим, что подразумевает необходимость процесса дезактивации ферментов. Специфические ингибиторы, аналогичные субстрату, будут прочно присоединяться к ферменту, блокируя соединение субстрата с ферментом. Этот союз может длиться месяцами.
