П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 2. Физиология растений, страница 13

гл. 9). Од­ним из ферментов первичного метаболиз­ма, регулируемого в том числе на уровнеколичества, является нитратредуктаза.Синтез этого фермента индуцируется нит­ратом (NO3) и репрессируется аммонием(1ЧЩ). В отличие от него, конститутивныеферменты, ответственные за поддержание«основного хозяйства» клетки, или энзи­мы «домашнего хозяйства» (англ. house­keeping enzymes), преимущественно регу­лируются через механизмы контроля ак­тивности.48ГЛАВА 6. ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ6.1.7.2.

Контроль ферментатив­ной активностиФерменты могут изменять свою актив­ность за счет обратимой ковалентной мо­дификации или же нековалентного взаимо­действия с регуляторными молекулами(модуляторами). Частыми ковалентнымимодификациями являются фосфорилирование и дефосфорилирование, которыекатализируются специфическими протеинкиназами или фосфопротеинфосфатазами.Как правило, донором фосфата являетсяАТФ (рис. 6.12, А), а серии, треонин, ти­розин или гистидин выступают как акцеп­торные аминокислоты при регуляторномфосфорилировании. Так, фосфоенолпируваткарбоксилаза фосфорилируется по спе­цифическому остатку серина и при этомактивируется; пируватортофосфатдикиназа инактивируется за счет фосфорилиро-АТФфосфопротеинфосфатазан,оУЕ-РПротеинкиназэ-АДФ2 - ОксоглутаратГлутаминсинтетазаГлутаминсинтетаза - (АМФ)12(GSa-активная форма)(GSb-неакгивная форма)Глутаминвания по специфическому треониновомуостатку (см. 6.5.8, 6.5.9).

Многочисленныеферменты, например находящиеся в хлоропластах и митохондриях, подлежат редокс-контролю через дитиол-дисульфид ную модификацию (см. рис. 6.71). Тиоредоксины, небольшие белки с молекуляр­ной массой около 12 кДа, которые при­сутствуют в растении в нескольких изоформах в цитоплазме, митохондриях и плас­тидах, поставляют при этом многочислен­ные восстановительные эквиваленты. При­мерами ферментов, которые регулируют­ся через дитиол-дисульфидную модифика­цию за счет тиоредоксина, являются фер­менты цикла Кальвина, в-частности фруктозо-1,6-бисфосфатфосфатаза и фосфорибулокиназа (см. 6.5.3). Так как фотосинте­тический транспорт электронов протекаеттолько на свету и при этом образуется вос­становленный тиоредоксин, редокс-контроль ферментов цикла Кальвина служит дляадаптации фотосинтетической ССЬ-фиксирующей активности к смене дня и ночи(см.

6.5.5).ОксоглутаратРис. 6.12. Регуляция активности ферментов засчет обратимых ковалентных модификаций(В — по H.Holzer, R.M.Wohlhueter):А — фосфорилирование—дефосфорилирова­ние; В — регуляция глутаминсинтетазы Е. coliпутем аденилирования—деаденилированияУ Escherichia coli глутаминсинтетаза можетприсутствовать в активной или неактивной фор­ме; в последнем случае 12 субъединиц фермен­та связаны с 12 молекулами аденозинмонофосфата (АМФ). Фермент, катализирующий реак­цию аденилирования, т.е. инактивирующий глутаминсинтетазу, ингибируется 2-оксоглутаратоми активируется глутамином, в то время как деаденилирующий фермент, который вновь пе­реводит глутаминсинтетазу в активную форму,наоборот, ингибируется глутамином и стиму­лируется 2-оксоглутаратом (рис.

6.12, Б). Систе­ма приводит в действие автоматическую само­регуляцию синтеза глутамина из 2-оксоглутарата: если в наличии имеется много 2-оксоглутарата и мало глутамина, синтез этой амино­кислоты возрастает; в обратном случае — оста­навливается.Изменение активности ферментов че­рез нековалентное взаимодействие можетпроисходить или в самом каталитическомцентре, или в удалении от него. Если вкаталитическом центре связывается моле­кула, структурно родственная его субстра­ту, которая тем не менее не может бытьметаболизирована, то говорят о конкурен­тном ингибировании, так как за счет из­бытка субстрата ингибитор может быть6 1 Энергетика обмена веществ |вновь удален Мера конкурентного ингибирования зависит, таким образом, от со­отношения между концентрациями инги­битора и субстрата Кинетически конку­рентный ингибитор отличается тем, чтоvmax реакции в присутствии ингибитора неизменяется, однако значение К т возрас­тает Если продукт ферментативной реак­ции действует как конкурентный ингиби­тор к субстрату этой реакции, то говорятоб ингибировании продуктом Этот меха­низм гарантирует использование л и ш ьтакого количества субстрата, которое мо­жет быть далее переработано в последую­щих реакциях, так что предотвращаетсянакопление невостребованных метаболи­ческих интермедиатов.Конкурентные ингибиторы (рис 6 13) мо­гут быть в высшей степени эффективны Это вособенности относится к случаю, если они пред­ставляют собой структурные аналоги переход­ного состояния активированного субстрата Тогдадаже при большом избытке субстрата они лишьс трудом удаляются из фермента Конкурент­ными ингибиторами являются сульфанилами­ды — бактерицидные препараты, действие ко­торых основано на том, что они конкурентноблокируют включение близкой по струкгуреяаря-аминобензойной кислоты в фолиевую кис­лоту — соединение необходимое для синтезапуриновых нуклеотидов (см 6 14) Так как самчеловек не синтезирует фолиевой кислоты, ноИнгибиторКонкурирующийсубстратСульфаниламид(основная структура)Пара аминобензоинаякислотаFHC-COOHIКС-СООНIНО-С-СООНIН 2 С-СООНЛимоннаякислотано-с-соонIН 2 С-СООНМонофторлимоннаяР и с .

6 . 1 3 . Примеры конкурентных ингибито­ров и с о о т в е т с т в у ю щ и х с у б с т р а т о в ферментов(см текст)4 9получает ее как витамин с пищей, сульфанил­амиды не ингибируют его обмен веществ 'Монофторуксусная кислота CH2F—СООНпредставляет собой ядовитое вещество, синте­зирующееся в листьях высокотоксичного дляпастбищного скота южноафриканского расте­ния Dichapetalum cymosum (сем Dichapetalaceae)Монофторацетат может связываться вместо аце­тильного остатка с коэнзимом А и далее можетбыть перенесен ферментом цитратсинтетазойвместо ацетильного остатка на оксалоацетат(цикл лимонной кислоты см 6 10 3 2), в резуль­тате чего образуется монофторцитрат Это со­единение является в высшей степени действен­ным конкурентным ингибитором аконитазы —фермента, перерабатывающего цитрат в циклелимонной кислоты В растении Dichapetalum со­ответствующий токсический эффект, вероятно,предотвращается за счет того, что токсин недостигает места своего специфического дей­ствия, т е митохондрий, но остается заключен­ным в другом компартменте — вакуолиДля аллостерически регулируемых фер­ментов связывание модулятора влияет наизменение конформации фермента (греч.alios — другой, stereos — форма), за счетчего каталитический центр или инактивируется (модулятор действует как аллостерический ингибитор), или активируется(модулятор действует как аллостерическийактиватор) Если модулятор тождествен суб­страту, то говорят о гомотропных фермен­тах, а если отличен от субстрата — о гетеротропных ферментах Аллостерическийконтроль широко распространен в обменевеществ и весьма эффективен Часто этимспособом регулируются ключевые фермен­ты метаболических путей, которые в ос­новном катализируют первый шаг цепиреакций и ингибируются накапливающим­ся конечным продуктом всей цепи Этоотрицательная обратная связь (англ.

feedbackinhibition) очень экономична, так как га­рантирует, что поток метаболитов черезсложные метаболические пути регулирует­ся в соответствии с потребностями Есликонцентрация конечного продукта в клет­ке понижается, то аллостерический инги­битор освобождается из фермента, и пе-' Отсюда следует, что применение сульфа­ниламидных препаратов вместе с витаминами(фолиевой кислотой) лишено смысла бакте­рии при этом не гибнут — Примеч ред50| ГЛАВА 6. ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВреработка субстрата возобновляется либоактивируется. В связи с наличием изозимов в разветвленных реакционных цепяхудается раздельная регуляция каждой част­ной цепи ее конечным продуктом, кото­рый регулирует соответствующий изозим(первый вслед за разветвлением) по ме­ханизму отрицательной обратной связи(рис.

6.14; см. также рис. 6.108; 6.112). Поло­жительная обратная связь присутствует тог­да, когда модулятор активирует аллостерический фермент.Аллостерически регулируемые фермен­ты, как правило, состоят из несколькихсубъединиц, которые в своей активностизависят одна от другой. Такое поведениеназывается кооперативностью. Осуществля­емое при связывании модулятора (для гомотропных ферментов — субстрата в од­ном из каталитических центров; для гетеротропных ферментов — регулятора на дру­гом участке комплекса) изменение конформации передается прочим субъедини­цам и изменяет (в основном, повышает)сродство остальных каталитических цент­ров к субстрату. Из-за этого кривые насы­щения субстратом аллостерически регули­руемых ферментов имеют сигмоиднуюформу (рис.

6.15). В соответствии с этимферменты перерабатывают субстрат эффек-шI-шIш\\шИзозим 2шИзозим 3Iтивно лишь начиная с определенной по­роговой концентрации, сверх которой ужемалые изменения концентрации субстра­та приводят к решительным изменениям вскорости его превращения.•-Лш\шАллостерические ферменты часто состоят изнескольких субъединиц (показаны две), еслисубстрат отсутствует, находятся в малоактивнойформе (квадраты).