Строение аллостерических ферментов
Аллостерические ферменты обладают сложной пространственной организацией. Обычно это олигомерные белки, в структуре которых выделяют два типа функциональных центров, пространственно удаленных друг от друга:
- Активный (каталитический) центр — место непосредственного связывания субстрата, где протекает химическая реакция.
- Аллостерический центр — регуляторный участок, к которому нековалентно присоединяется вещество-эффектор.
Зачастую эти центры расположены на разных субъединицах. Регуляторный протомер несет на себе аллостерический центр, а каталитический протомер содержит активный центр. У одного фермента может быть несколько аллостерических центров: одни специфичны к активаторам, другие — к ингибиторам.
Механизм действия и свойство кооперативности
В основе аллостерической регуляции лежит свойство кооперативности. Присоединение эффектора к регуляторному центру вызывает кооперативное изменение конформации (пространственной структуры) всех субъединиц фермента. Это приводит к изменению формы активного центра и сродства (аффинности) фермента к субстрату.
- Действие ингибитора (отрицательного эффектора): Ингибитор присоединяется к аллостерическому центру и вызывает перестройки, снижающие сродство активного центра к субстрату. Фермент переходит в неактивную форму, скорость каталитической реакции падает.
- Действие активатора (положительного эффектора): Активатор вызывает изменения, которые повышают сродство к субстрату. Фермент активируется, скорость реакции возрастает.
Регуляция по принципу обратной связи
Аллостерические ферменты располагаются в ключевых точках метаболических путей: катализируют начальные, самые медленные стадии или реакции в местах разветвления путей. Это необходимо для контроля всего каскада превращений.
Чаще всего в организме встречается регуляция по принципу отрицательной обратной связи (ретроингибирование). Ее суть заключается в том, что конечный продукт при избыточном накоплении действует как аллостерический ингибитор для ферментов начальных этапов цепи. Одновременно с этим исходные или промежуточные вещества могут выступать как активаторы, ускоряя переработку субстратов. Такое сочетание позволяет очень тонко и быстро настраивать скорость метаболизма.
Пример регуляции: катаболизм глюкозы
Классическим примером аллостерического контроля является путь распада глюкозы, где конечным продуктом выступает АТФ.
Если молекулы АТФ не расходуются и накапливаются, они сигнализируют об избытке энергии. АТФ работает как ингибитор по принципу отрицательной обратной связи, предотвращая избыточное образование энергии, когда она не требуется.
| Фермент-мишень | Регулятор | Эффект |
|---|---|---|
| Фосфофруктокиназа | АТФ (конечный продукт) | Ингибирование |
| Пируваткиназа | АТФ (конечный продукт) | Ингибирование |
| Пируваткиназа | Фруктозо-1,6-бисфосфат (промежуточный метаболит) | Активация |
Накопление промежуточного метаболита — фруктозо-1,6-бисфосфата — наоборот, подает сигнал ферменту пируваткиназе об избытке субстрата на предыдущем этапе и ускоряет переработку фосфоенолпирувата в пируват.
Представьте производственный конвейер. Если склад готовой продукции переполнен (накопился конечный продукт), система автоматики подает сигнал на самый первый станок (аллостерический фермент начальной стадии), чтобы остановить конвейер и не тратить сырье впустую — это и есть отрицательная обратная связь.
Вопросы с занятий и экзамена
В чем отличие аллостерического центра от активного?
Активный центр связывает субстрат и обеспечивает протекание самой химической реакции. Аллостерический центр связывает регулятор (эффектор) и пространственно удален от активного.
Что такое кооперативность?
Это свойство олигомерных ферментов, при котором связывание молекулы с одной субъединицей вызывает содружественное изменение пространственной конфигурации всех остальных субъединиц комплекса.
Какие реакции катализируют аллостерические ферменты?
Они управляют ключевыми реакциями: начальными, необратимыми, скорость-лимитирующими (самыми медленными) или находящимися в местах разветвления метаболических путей.
Что ещё разобрать по теме
- Олигомерная структура ферментов и виды протомеров
- Механизмы изменения аффинности активного центра
- Специфичность ферментативных центров к лигандам
- Роль АТФ и фруктозо-1,6-бисфосфата в гликолизе
- Кинетика аллостерических ферментов
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Аллостерическая регуляция ферментов» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Энзимология»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.