Продукты расщепления аминокислот могут также использоваться для синтеза углеводов (глюконеогенез) или выделяться в органической форме.
Микроорганизмы и растения способны синтезировать все 20 аминокислот. Пути синтеза их углеродных скелетов ответвляются от процессов ассимиляции или диссимиляции. По исходному веществу аминокислоты подразделяются на ряд групп.
Аминогруппы образуются из поглощенного азота, чаще всего неорганического.
Вопрос 88. Регуляция активности ферментов
1.
Характеристика регуляции
Многообразные пути и реакции обмена веществ должны быть координированы между собой. Это упорядоченное протекание метаболических процессов достигается путем регуляции. Сюда относится и приспособление метаболизма к условиям внешней среды, особенно поразительное у гетеротрофных микроорганизмов, у которых обмен веществ зависит от типа имеющихся питательных веществ. Ферменты как катализаторы обменных реакций играют в этом регулировании ключевую роль.
2.
Виды внутриклеточной регуляции
Существуют следующие виды внутриклеточной регуляции:
• регуляция метаболитами, связанная с изменениями концентраций метаболитов (промежуточных продуктов обмена) без изменения количеств ферментов и их активности;
• ферментная регуляция, связанная с изменениями активности ферментов без изменения их количеств: регулирующие факторы воздействуют на ферментные молекулы;
• генная регуляция, связанная с изменением количества ферментов: регулирующие факторы влияют на биосинтез или разрушение ферментов.
• ферментная и генная регуляция используется не для всех ферментов; она наиболее эффективна для тех из них, которые лимитируют скорость определенных процессов или действуют около мест разветвления метаболических путей.
3.
Ферменты, лимитирующие скорость
Ферменты, лимитирующие скорость, – это такие ферменты, которые действуют на самом первом этапе того или иного пути и поэтому ограничивают скорость всего процесса. Например, скорость гликолиза лимитирует фосфофруктокиназа – фермент, превращающий фруктозо-6-фосфат (путем его фосфолирирования) в фруктозо-1,6-бисфосфат. В местах разветвления метаболических путей ферменты, с которых начинаются различные пути от одного субстрата, конкурируют между собой. Например, от пирувата мультиферментный комплекс пируватдегидрогеназы ведет через ацетил-СОА к циклу лимонной кислоты, а другие ферменты – к биосинтезу аминокислот аланина, валина и лейцина. Замедление одного пути, обусловленное регуляцией, приводит к ускорению другого пути, так что основное направление метаболизма изменяется.
Особенно важные ферменты контролируются обычно несколькими различными механизмами; так обстоит дело, например, с комплексом пируватдегидрогеназы и фосфофруктокиназой. Регуляция обмена веществ направлена на его рационализацию, она создает селективные преимущества в эволюции.
4.
Процессинг белков – предшественников пропротеинов
Пропротеины представляют собой неактивные белки , из которых в результате ферментативного отщепления части молекулы образуется функционирующий белок, например гормон инсулин из проинсулина. Если речь идет о ферменте, то белок-предшественник называют проферментом (зимогеном). Например, профермент трипсиноген из поджелудочной железы превращается в тонкой кишке в активный расщепляющий белки пищеварительный фермент трипсин благодаря тому, что фермент энтерокиназа отщепляет 6 аминокислотных остатков от конца цепи. В результате этого новая концевая группа изолейцин – валин становится частью каталитического центра и делает белок ункционально активным. Таким образом, при процессинге белка-предшественника фермент активируется с помощью второго фермента, играющего роль регулятора.
У различных ферментов активность изменяется при ковалентном обратимом присоединении фосфата. Такое фосфорилирование осуществляют протеинкиназы с помощью АТР (белок + АТР > фосфорилированный белок + АДР), а дефосфорилирование – фосфатазы (фосфорилированный белок > белок + фосфат). Примеры таких ферментов: а) фосфорилаза А, которая играет важную роль в обмене углеводов в печени и мышцах и фосфоролитически отщепляет глюкозо-1-фосфат от гликогена; б) упомянутый выше комплекс пируватдегидрогеназы.