6.3. Активность некоторых ферментов регулируется
Некоторые ферменты синтезируются в форме неактивного предшественника и переходят в активное состояние в физиологически соответствующем месте и времени. Примером регуляции такого типа могут служить пищеварительные ферменты. Так, трипсино-ген синтезируется в поджелудочной железе, а активируется в тонком кишечнике, где в результате расщепления пептидной связи образуется активная форма - трипсин (рис. 6.4). Такой же тип регуляции многократно используется в последовательности ферментативных реакций, ведущих к свертыванию крови. Каталитически неактивные предшественники протеолитических ферментов называются проферментами, или зимогенами.
Еще один механизм регуляции ферментативной активности заключается в том, что с ферментом ковалентно связывается небольшая дополнительная группа. Это так называемый механизм ковалентной
Рис. 6.1. Специфичность трипсина.
Рис. 6.2. Специфичность тромбина (фактора свертывания крови).
Рис. 6.3. Электронная микрофотография молекул ДНК-полимеразы (белые сферические частицы), присоединившейся к нитевидной синтетической ДНК-матрице. (Печатается с любезного разрешения д-ра J. Griffith.)
Рис. 6.4. Активация профермента путем гидролиза специфических пептидных связей.
модификации. Так, в частности, путем присоединения фосфорильной группы к определенным остаткам серина регулируется активность ферментов (разд. 16.11), синтезирующих или расщепляющих гликоген.
Такая модификация может быть обращена гидролизом. Как присоединение, так и отщепление фосфорильных и других модифицирующих групп катализируется специфическими ферментами.
Иной тип регуляции действует в случае многих метаболических последовательностей, ведущих к синтезу небольших молекул, например аминокислот. При этом фермент, катализирующий первый этап биосинтеза, подвергается ингибирующему действию конечного продукта биосинтеза (рис. 6.5). Иллюстрацией этого механизма регуляции ингибирования по принципу обратной связи, или ретроингибирования, может служит биосинтез изолейцина у бактерий. Превращение треонина в изолейцин осуществляется в пять этапов, первый из которых катализируется треониндезаминазой. Когда концентрация изолейцина достигает достаточно высокого уровня, происходит ингибирование фермента, обусловленное тем, что изолейцин присоединяется к регуляторному (а не к каталитическому) участку фермента. Ингибирование фермента в этом случае опосредовано обратимым аллостерическим взаимодействием. При снижении содержания изолейцина до определенного уровня треониндезаминаза вновь становится активной и синтез изолейцина восстанавливается.
Специфичность ряда ферментов находится под физиологическим контролем. Особенно интересным примером в этом отношении может служить синтез лактозы в молочной железе (рис. 6.6). Лактозосинтаза - фермент, катализирующий синтез лактозы, состоит из двух субъединиц - каталитической и модифицирующей. Каталитическая субъединица сама по себе неспособна к синтезу лактозы. Роль этой субъединицы состоит в том, что она катализирует присоединение галактозы к белку, содержащему ковалентно присоединенную углеводную цепь.
Модифицирующая субъединица меняет специфичность каталитической субъединицы таким образом, что последняя начинает присоединять галактозу уже к глюкозе, образуя лактозу. Содержание модифицирующей субъединицы находится под гормональным контролем. Во время беременности в молочной железе синтезируется каталитическая субъединица, содержание же модифицирующей субъединицы незначительно. При родах содержание гормонов в крови резко меняется, что приводит к синтезу больших количеств модифицирующей субъединицы. Далее модифицирующая субъединица присоединяется к каталитической, образуя активный лактозосинтазный комплекс, продуцирующий большие количества лактозы. Из всего сказанного очевидно, что гормоны могут оказывать физиологический эффект путем изменения специфичности ферментов.
