Регуляция метаболизма: метаболический контроль ферментативных реакций
Гипотетический путь метаболизма, включающий стадии A, B, C, D, показан на Рис. 22.1(БХ) Механизмы регуляции ферментативных реакций . На этом пути реакции A<->B и C<->D являются равновесными, а реакция B->C - неравновесной. Скорость потока в таком метаболическом пути может регулироваться доступностью субстрата A. Это зависит от его поступления из крови, что в свою очередь зависит от количества пищи, поступившей в кишечник , или же от скоростей некоторых ключевых реакций, в результате которых основные субстраты высвобождаются и поступают в кровь, где их концентрация поддерживается на определенном уровне. Примерами могут служить пусковая реакция, катализируемая фосфорилазой печени, которая обеспечивает кровь глюкозой , а также реакция, катализируемая гормонзависимой липазой жировой ткани , поставляющая свободные жирные кислоты . Скорость процесса зависит также от способности субстрата A проникать через клеточные мембраны , от эффективности удаления конечного продукта D и от доступности косубстратов или кофакторов , обозначенных X и Y на Рис. 22.1(БХ) Механизмы регуляции ферментативных реакций .
Ферменты, катализирующие неравновесные реакции, чаще всего являются аллостерическими , и их регуляция быстро осуществляется по принципу " обратной связи " или " прямой связи " под действием аллостерических модуляторов в ответ на потребности клетки. Другие механизмы регуляции, связанные с действием гормонов , обеспечивают потребности организма в целом. Гормональная регуляция осуществляется с помощью нескольких механизмов, одним из которых является ковалентная модификация фермента путем фосфорилирования и дефосфорилирования. Этот процесс протекает быстро; одной из промежуточных стадий часто является образование cAMP , который в свою очередь стимулирует переход фермента из одной (например, неактивной) формы в другую. В процессе участвуют далее cAMP-зависимая протеинкиназа , которая катализирует фосфорилирование фермента, или специфические фосфатазы , катализирующие его дефосфорилирование. Активной формой может быть либо фосфорилированный фермент, как в случае ферментов, катализирующих пути катаболизма (например, фосфорилаза a), или дефосфорилированный фермент, как в случае ферментов, катализирующих процессы биосинтеза (например, гликогенсинтаза a).
Фосфорилирование некоторых регуляторных ферментов может осуществляться без участия cAMP и cAMP-зависимой протеинкиназы. Фосфорилирование этих ферментов зависит от таких метаболических сигналов, как изменение соотношения [ATP]/[ADP] (пример - пируватдегидрогеназа ; Рис. 22.3(БХ) Механизм: пируватдегидрогеназа: регуляция активности ) или активность Ca2+/кальмодулинзависимых протеинкиназ (пример - киназа фосфорилазы ; Рис.19.5(БХ) Механизм: фосфорилаза; регуляция активности ).
Синтез ферментов, контролирующих скорость метаболических путей, может изменяться под действием гормонов. Поскольку в этом случае происходит синтез новых белковых молекул, изменение активности происходит сравнительно медленно и чаще всего в ответ на изменение количества и состава поступающей пищи. Гормоны могут действовать как индукторы или репрессоры синтеза мРНК в ядре или как стимуляторы стадии трансляции белкового синтеза на уровне рибосом.
