Существуют 2 пути регуляции скоро сти катализируемых ферментами реакций: 1. Через изменение каталитической активности фермента. 2. Через изменение количества молекул фермента;

Первый путь регуляции ферментативных реакций (через изменение активности фермен та) является очень быстрым и для изменения активности фермента требуются секунды или минуты. Чаще всего этот путь регуляции осуществляется благодаря наличию специальных регуляторных ферментов, которые находятся в начале или на перекрестках метаболиче ских путей. Имеются такие варианты регуляции активности ферментов:

1. По закону действующих масс: Из этого закона следует, что при повышении концентра ции субстрата автоматически повышается скорость ферментативной реакции.

2. Аллостерическая регуляция активности ферментов. Аллостерические ферменты име ют кроме активного центра, еще регуляторный (аллостерический) центр. С аллостериче скими центрами взаимодействуют аллостерические регуляторы (эффекторы, модуляторы), способные изменить активность фермента. При этом модуляторами аллостерических фер ментов могут как собственные субстраты (гомотропные регуляторные ферменты), так и продукты других метаболических путей (гетеротропные регуляторные ферменты).

2.1.Аллостерическая регуляция может осуществляться по принципу обратной связи (рет роингибирование), когда конечный продукт какогото метаболического пути ингибирует активность фермента, стоящего в начале этого метаболического пути. Так, холестерин (ко нечный продукт) ингибирует одну из первых реакций его же образования – реакцию синтеза мевалоновой кислоты.

2.2. Возможен еще один путь аллостерической регуляции – опережающая регуляция или активация предшественником. Например: глюкозо6фосфат активирует фермент (глюко зо6фосфатдегидрогеназу), который обеспечивает дальнейшего превращения глюкозо6 фосфата в пентозофосфатном пути.

3.Ковалентная модификация ферментов. Имеется несколько вариантов такой регуляции.

3.1. Фосфорилирования дефосфорилирования: Эти процессы катализируется специаль ными ферментами (протеинкиназами), которые присоединяют остаток фосфорной кислоты от АТФ к гидроксигруппам серина, треонина, тирозина в молекуле фермента, что приводит к активации или снижению активности фермента. Остаток фосфорной кислоты устраняется из молекулы фермента с помощью других ферментов – протеинфосфатаз. В клетке бесконечно протекает цикл фосфорилированиядефосфорилирования белков, который и обеспе чивает изменение скорости метаболических процессов.

3.2. АДФрибозилирование. Некоторые ферменты активируются или угнетаются путем присоединения АДФрибозильного остатка (от кофермента НАД). Таким образом активиру ется фермент аденилатциклаза, ферменты апоптоза и т.д.

3.3.Изопренилирование и пальмитилирование белков. Присоединение изопреновых ос татков (геранила и фарнезила) и остатков пальмитиновой кислоты идет, как правило, по ос таткам цистеина в белках. Таким образом регулируется активность ферментов и других бел ков, принимающих участие в дифференциации и программируемой смерти клеток.

3.4. Окислительная модификация ферментов. Активные формы кислорода способны окислять SHгруппы остатков цистерна в белках, превращая их в дисульфидные группы. Та ким путем регулируются протеинкиназы и протеинфосфатазы, многие другие ферменты. Одни ферменты проявляют активность тогда, когда остатки цистеина находятся в тиольной форме, другие, наоборот, активны тогда, когда остатки цистеина находятся в дисульфидной форме.

4. Активация ферментов путем ограниченного протеолиза. Многие ферменты находятся в неактивной форме и их активация идет путем отщепления от молекулы профермента опре деленного пептида. Например: неактивный пепсиноген желудочного сока, под действием НСl превращается в активный фермент пепсин. Неактивный фермент трипсиноген превра щается в трипсин, когда от него под действием энтерокиназы отщепляется пептид. Большин ство ферментов системы свертывания крови также активируются путем протеолиза.

5. Действие регуляторных белков. Активность некоторых ферментов регулируется специ альными белками. Например, белок кальмодулин после связывания ионов кальция приобре тает свойства фермента и становится способным активировать фосфодиэстеразу, киназу лег ких цепей миозина. Белки альфаантитрипсин и бета2макроглобулин являются ингибито рами многих протеолитических ферментов и т.д.

6. Компартментализация. Регуляция химических реакций осуществляется также за счет пространственного отделения внутриклеточными мембранами одних процессов от других. Например: мембраны лизосом ограничивают проникновение лизосомальних гидролаз в дру гие отделы клеток.

Второй путь регуляции ферментативных реакций (через изменение количества фермента) является путем длительной адаптации метаболических процессов в организме, требует для своего осуществления часы и дни и включения генетического аппарата. Выделяют консти тутивные ферменты, которые синтезируются с постоянной скоростью и адаптативные (индуцибельные) ферменты, синтез которых начинается при поступлении в организм суб стратов фермента или других регуляторов, необходимых для разблокировки соответствую щих генов. К индуцибельным ферментам относят ферменты метаболизма чужеродных ве ществ, синтез которых начинается при поступлении в организм токсических соединений, или ферменты глюконеогенеза, синтез которых усиливается при увеличении потребности орга низма в глюкозе. Посредником в этих процессах чаще всего выступают гормоны, которые непосредственно регулируют активность генов, или циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ), которые активируют целые ферментные каскады.