РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛТИЗМА МИКРООРГАНИЗМОВ НА УРОВНЕ ИЗМЕНЕНИЯ АКТИВНОСТИ

для студентов специальности 020209.65 Микробиология
Лектор: Алешина Е.С., к.б.н., доцент

ферментов.
Химическая модификация.
Аллостерическая регуляция.
Ингибирование по типу обратной связи.
Конкурентное ингибирование.
Неконкурентное ингибирование.

ферментов, разнообразны по своей природе:
1. Физические факторы (температура, давление, свет,

магнитное поле, электрические импульсы) оказывают менее специфическое действие, чем химические.
2. В свою очередь действие химических факторов также может быть разделено на несколько типов.
А) Одни химические вещества связываются с активным центром фермента, например, субстраты, кофакторы, конкурентные ингибиторы, что приводит к изменению ферментативной активности.
Б) Другие вещества взаимодействуют со специальными участками на поверхности молекулы определенного типа фермента, не имеющими непосредственного отношения к центрам каталитической активности, но тем не менее приводящими к ее изменению.
В) Присоединение и отщепление остатка какого-либо вещества к/от фермента приводит к изменению ферментативной активности.

центр.
3. Субстратный центр (контактные площадки).
4. Активный центр фермента.
5. Аллостерический центр.

активный комплекс;
б – неактивный комплекс;
1 – активный центр;

2 – аллостерический центр;
3 – субстрат;
4 – положительный эффектор;
5 – отрицательный эффектор.

Регуляция осуществляется когда эффектор, модулятор, структурно отличаясь от субстрата, связывается в особом (аллостерическом) центре молекулы фермента, пространственно удаленном от активного центра. Следует, однако, иметь в виду, что модуляторами аллостерических ферментов могут быть как активаторы, так и ингибиторы. Часто оказывается, что сам субстрат оказывает активирующий эффект.

эффектор аспартат-транскарбамилазы и вызывает уменьшение скорости реакции.

Сигмоидная форма кривой объясняется

явлением кооперативного взаимодействия.

отрицательного (Б) и положительного (В) эффектора
на каталитическую активность аллостерического фермента:
1

– каталитический центр;
2 – регуляторный центр.

(модель взаимодействия), Д. Кошланд и сотрудники.


КООПЕРАТИВНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Т-состояние, низкое сродство

к субстрату

R-состояние, высокое сродство к субстрату

в клетках осуществляется многоступенчатый биосинтетический процесс, каждая стадия которого катализируется

собственным ферментом.
Изолейцин, являющийся конечным продуктом синтеза, избирательно подавляет активность треониндегидратазы, катализирующей первую стадию последовательного процесса превращения треонина в изолейцин, насчитывающего пять ферментативных реакций:

Наиболее простой случай аллостерической регуляции – регуляция первого фермента неразветвленного биосинтетического пути его конечным продуктом. Если конечный продукт накапливается в избытке, он подавляет активность первого фермента в процессе, называемом ингибированием по принципу обратной связи:

АЛЛОСТЕРИЧЕКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
(ингибирование по типу обратной связи)

обратной связи применительно к разветвленным биосинтетическим путям. Они сводятся к

тому, что в этом случае в регулировании принимают участие все конечные продукты этих путей.

I – регуляция первого фермента несколькими конечными продуктами;
II – регуляция конечными продуктами изоферментов.
Стрелками обозначены ферменты; параллельными стрелками – изоферменты; жирными стрелками – ингибирование конечными продуктами первого фермента или изоферментов;
А — исходный субстрат;
Б — промежуточный метаболит;
В, Г, Д — конечные продукты.

АЛЛОСТЕРИЧЕКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
(ингибирование по типу обратной связи)

в цепи превращений, ведущих к образованию из аспартата группы аминокислот

у E.coli.

АЛЛОСТЕРИЧЕКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
(ингибирование по типу обратной связи)

в цепи превращений ароматических аминокислот у E.coli.
АЛЛОСТЕРИЧЕКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
(ингибирование по типу

обратной связи)

и необратимыми. В основе этого деления лежит прочность соединения ингибитора

с ферментом.
Обратимые ингибиторы делятся на группы, основываясь на характере места их связывания. Одни из них связываются с удаленным от активного центра месте (аллостерическая регуляция), а другие – с ферментом в активном центре.
Необратимое ингибирование связано со связыванием и блокированием функциональной группы молекулы фермента, необходимой для проявления его активности.

Это происходит потому, что ингибитор и субстрат имеют сходные структуры.

Связанный с ферментом конкурентный ингибитор не подвергается ферментативному превращению.
ES
E + S + I ESI
EI

Конкурентный ингибитор обратимо связывается с ферментом, то можно сдвинуть равновесие реакции влево простым увеличением концентрации субстрата.

КОНКУРЕНТНОЕ И НЕКОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ

субстрата, так как эти ингибиторы присоединяются к ферменту не в

активном центре, а в регуляторном. Связывание приводит к изменению конформации фермента и нарушению комплементарности к субстрату.
Неконкурентные ингибиторы могут обратимо связываться как со свободным ферментом, так и с комплексом ES.

КОНКУРЕНТНОЕ И НЕКОНКУРЕНТНОЕ ИНГИБИРОВАНИЕ

Присоединение/отщепление остатка адениловой кислоты (аденилирование/деаденилирование) приводит к изменению активности глутаминсинтетазы

Escherichia coli.

2. Присоединение/отщепление остатка уксусной кислоты (ацетилирование/деацетилирование) приводит к изменению активности цитратлиазы у фотосинтетической бактерии Rhodopseudomonas gelatinosa.

Е–Х (активный) ↔ Е (неактивный) + Х
Е + Х (активный) ↔ Е–Х (неактивный)

Взаимопревращение
двух форм фермента катализируется аденилтрансферазой.
Присоединений остатка адениловой кислоты приводит к

образованию менее активной глутаминсинтетазы. Удаление группы резко повышает активность фермента.

у фотосинтетической бактерии Rhodopseudomonas gelatinosa, а ее отщепление (деацетилирование) приводит

к потере активности.

ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ МОЛЕКУЛ