Skip to content

Регуляція ферментативної активності | Ферменти 4

Лекція про механізми регуляції ферментативної активності в клітині: швидка та повільна регуляція, роль активаторів і інгібіторів.

Key Takeaways

  • Регуляція ферментативної активності забезпечує адаптацію метаболізму до змін середовища.
  • Швидка регуляція змінює активність існуючих ферментів, повільна – їх кількість.
  • Конститутивні ферменти виконують базові функції, індуцибельні – адаптують клітину до нових умов.
  • Активатори підвищують активність ферментів, інгібітори – знижують.
  • Дефіцит мікроелементів, що є кофакторами, може призводити до порушень ферментативних процесів.

What the video covers

  • Відео присвячене регуляції ферментативної активності як ключовому аспекту метаболічного гомеостазу.
  • Розглядаються два основні механізми регуляції: швидка (секунди-хвилини) та повільна (години-дні).
  • Швидка регуляція включає алостеричну регуляцію, ковалентну модифікацію, дію активаторів та інгібіторів.
  • Повільна регуляція пов’язана зі зміною кількості ферментів через контроль експресії генів, синтезу білків і деградації.
  • Відео пояснює різницю між конститутивними (постійно експресованими) та адаптивними (індуцибельними) ферментами.
  • Наводяться приклади циклооксигенази 1 як конститутивного ферменту та циклооксигенази 2 як індуцибельного ферменту.
  • Розглядаються механізми дії активаторів ферментів, включаючи органічні (жовчні кислоти, ентеропептидаза) та неорганічні (йони металів).
  • Пояснюється роль інгібіторів у пригніченні ферментативної активності та їх вплив на метаболічні процеси.
  • Описані особливості конкурентного та неконкурентного інгібування ферментів з прикладами.
  • Відео підкреслює важливість регуляції ферментів для адаптації клітин до змін внутрішнього та зовнішнього середовища.

Chapters

  1. 00:00Вступ та огляд регуляції ферментативної активності
  2. 03:02Повільна регуляція: зміна кількості ферментів
  3. 05:03Конститутивні та адаптивні ферменти: приклади ЦОГ1 і ЦОГ2
  4. 07:45Швидка регуляція: роль активаторів ферментів
  5. 10:32Вплив мікроелементів на активність ферментів
  6. 14:04Роль інгібіторів у регуляції ферментативної активності
  7. 17:26Механізми конкурентного та неконкурентного інгібування
  8. 28:55Алостерична регуляція та ковалентна модифікація ферментів

Answers

Questions about this video

Які основні механізми регуляції ферментативної активності розглядаються у відео?

Розглядаються два основні механізми: швидка регуляція, що змінює активність існуючих ферментів (алостерична регуляція, ковалентна модифікація, дія активаторів і інгібіторів), та повільна регуляція, що змінює кількість ферментів через контроль експресії генів.

Чим відрізняються конститутивні ферменти від адаптивних?

Конститутивні ферменти синтезуються постійно і забезпечують базові функції клітини, їх регуляція відбувається швидкими механізмами. Адаптивні (індуцибельні) ферменти синтезуються лише за потреби, їх кількість змінюється залежно від умов середовища.

Яку роль відіграють активатори у регуляції ферментів?

Активатори підвищують активність ферментів, сприяючи конформаційним змінам, які роблять активний центр більш ефективним для взаємодії з субстратом. Вони можуть бути органічними (жовчні кислоти, ентеропептидаза) або неорганічними (йони металів).

Full Transcript — Download SRT & Markdown

00:01
Speaker A
Добрий день, колеги. Вас вітає Ірина Фоменко. Я професорка кафедри біологічної хімії Львівського національного медичного університету. І я продовжую свій курс лекцій, продовжую лекцію про ферменти. І до цього моменту ми розглядали ферменти як каталізатори та аналізували чинники, що впливають на
00:25
Speaker A
швидкість ферментативних реакцій. Проте в живій клітині недостатньо просто мати активні ферменти. Організм повинен постійно контролювати їх, коли і як, і з якою інтенсивністю працює кожен фермент. Адже без регуляції метаболічні процеси швидко втратили б свою узгодженість, злагодженість роботи, а клітина не могла б адаптуватися до
00:52
Speaker A
змін умов середовища за таких потреб. Саме тому наступний важливий розділ ензимології присвячений регуляції ферментативної активності. Ми розглянемо основні механізми, за допомогою яких клітина може посилювати або пригнічувати роботу ферментів, підтримуючи оптимальний перебіг метаболічних процесів. Особливу увагу ми приділимо стеричній регуляції,
01:21
Speaker A
ковалентній модифікації ферментів, механізмам інгібування та ролі ферментів у підтриманні метаболічного гомеостазу. Фактично саме регуляція визначає, які метаболічні шляхи будуть активними в конкретний момент часу.
01:41
Speaker A
Залежно від швидкості відповіді виділяють два основних механізми регуляції ферментативної активності: швидку регуляцію та повільну. Швидка регуляція відбувається упродовж секунд або хвилин. У цьому випадку клітина не синтезує нові молекули ферменту, а змінює активність вже існуючих.
02:06
Speaker A
Такий механізм дозволяє практично миттєво реагувати на зміни внутрішнього або зовнішнього середовища. До механізмів швидкої регуляції належать алостерична регуляція, ковалентна модифікація ферментів, дії активаторів та інгібіторів та деякі інші.
02:28
Speaker A
Наприклад, зв'язування регуляторної молекули з алостеричним центром вже за лічені секунди може змінити активність ферменту.
02:39
Speaker A
Подібно працює і фосфорилювання, коли приєднання або відщеплення фосфатної групи швидко переводить фермент в активний стан, ну, або в неактивний стан. [хекання] Другий тип реакції — повільна регуляція. Вона реалізується упродовж години або навіть діб. У цьому випадку клітина змінює не активність уже
03:02
Speaker A
існуючих ферментів, а їхню кількість. Для цього відбувається активація або пригнічення експресії відповідних генів, зміна синтезу білка або його деградації.
03:15
Speaker A
Тут на схемі показано класичний шлях від ДНК через мРНК до синтезу нової молекули ферменту.
03:24
Speaker A
Прикладом такої регуляції є дія інсуліну. Після прийому їжі інсулін стимулює синтез ферментів гліколізу та інших шляхів утилізації глюкози.
03:36
Speaker A
Оскільки для синтезу нових білків потрібен час, така регуляція є повільнішою, але забезпечує довготривалу адаптацію метаболізму.
03:46
Speaker A
Важливо розуміти, що обидва механізми працюють одночасно. Швидка регуляція дозволяє клітині негайно реагувати на зміни умов, а повільна регуляція забезпечує більш тривалу перебудову метаболічних процесів, а разом вони підтримують метаболічний гомеостаз.
04:10
Speaker A
Одним з механізмів довготривалої регуляції метаболізму є зміна кількості ферментів в клітині. І залежно від особливостей експресії розділяють дві основні групи ферментів: конститутивні та адаптивні або ж індуцибельні.
04:29
Speaker A
Конститутивні ферменти синтезуються постійно, незалежно від змін навколишнього середовища. Вони забезпечують виконання життєвоважливих функцій, необхідних для нормального існування клітин. Тому їхня кількість залишається відносно стабільною.
04:48
Speaker A
Регуляція таких ферментів зазвичай здійснюється не шляхом зміни їх концентрації, а переважно через механізми швидкої регуляції. Тобто це алостерична регуляція або ж ковалентна модифікація.
05:03
Speaker A
Прикладом такого конститутивного ферменту є циклооксигеназа 1, що позначається абревіатурою ЦОГ1. [сопіння] Цей фермент постійно присутній у багатьох тканинах організму та бере участь у синтезі простагландинів, які захищають слизову оболонку шлунка, підтримують нирковий кровообіг та виконують інші надзвичайно важливі функції. На відміну від конститутивних
05:31
Speaker A
ферментів, адаптивні або індуцибельні синтезуються лише тоді, коли виникає відповідна потреба. Їх кількість може значно збільшуватись або зменшуватись залежно від умов середовища та функціонального стану клітини.
05:49
Speaker A
Така регуляція забезпечує економне використання ресурсів і дозволяє клітині адаптуватися до змін умов середовища і чи існування.
06:00
Speaker A
[хекання][зітхання] Прикладом таких адаптивних ферментів є циклооксигеназа 2. За нормальних умов цей фермент практично не експресується або присутній у дуже невеликій кількості. Проте під час запалення, ушкодження тканин або дії прозапальних цитокінів синтез циклооксигенази 2 різко зростає. В результаті посилюється утворення простагландинів, які беруть
06:30
Speaker A
участь у розвитку запальної реакції. На графіках добре видно відмінність між цими двома типами регуляцій. Для конститутивних ферментів рівень експресії залишається практично незмінним. Для адаптивних ферментів після дії індукуючого сигналу спостерігається поступове збільшення кількості ферменту до нового стабільного рівня.
06:59
Speaker A
Е, таким чином, конститутивні ферменти забезпечують постійне виконання базових функцій клітини, тоді як індуцибельні ферменти дозволяють організму адаптуватися до нових умов та змін
07:16
Speaker A
в середовищі клітини. Саме різниця між циклооксигеназою 1 і 2 лежить в основі дії багатьох нестероїдних протизапальних препаратів.
07:28
Speaker A
Пригнічення активності циклооксигенази 2 зменшує запалення і біль, тоді як інгібування активності циклооксигенази 1 може призводити до ушкодження слизової оболонки шлунка.
07:45
Speaker A
Одним із найпростіших способів швидкої регуляції ферментативної активності є дія активаторів. Активатори — це речовини, які підвищують активність ферментів і, відповідно, збільшують швидкість ферментативних реакцій. На відміну від інгібіторів, які пригнічують роботу ферменту, активатори сприяють його ефективнішому функціонуванню.
08:12
Speaker A
Яким же ж чином це відбувається? Активатор може зв'язуватись з ферментом і викликати конформаційні зміни, які переводять його в більш активний стан. У результаті активний центр набуває оптимальної структури для взаємодії з субстратом. [хекання][зітхання] На схемі показано, як неактивна або менш активна
08:33
Speaker A
форма ферменту після зв'язування активатора переходить в активну форму. Існує [сопіння] декілька основних механізмів активації ферменту. По-перше, активатор може стабілізувати активну конформацію ферменту. По-друге, він може полегшувати зв'язування субстрату з активним центром. По-третє, деякі активатори безпосередньо беруть участь у каталітичному процесі, як кофактори або
09:00
Speaker A
коферменти. І нарешті активатор може сприяти правильному формуванню активного центру. За своєю природою активатори бувають органічними і неорганічними.
09:14
Speaker A
Серед органічних активаторів важливе значення мають жовчні кислоти. Вони підвищують активність ліпази підшлункової залози, мульгуючи жири та збільшуючи площу їх контакту з ферментом. Ще один приклад — ентеропептидаза.
09:32
Speaker A
Цей фермент активує трипсиноген, перетворюючи його на активний фермент трипсин. Таким чином запускається каскад активації багатьох травних ферментів підшлункової залози. Важливу роль відіграють і неорганічні активатори, насамперед йони металів. Наприклад, магній необхідний для роботи багатьох кіназ, оскільки бере участь у
09:57
Speaker A
зв'язуванні АТФ. [сопіння] Йони цинку входять до складу карбоангідрази та деяких інших ферментів і забезпечують їхню каталітичну активність.
10:08
Speaker A
Іони кальцію активують окремі ферменти згортання крові та беруть участь у багатьох регуляторних процесах. Тому дефіцит певних іонів металів може супроводжуватись зменшенням активності ферментів і розвитком метаболічних порушень. Важливо пам'ятати, що багато мікроелементів виконують роль активаторів або кофакторів ферментів.
10:32
Speaker A
Тому дефіцит магнію, цинку, міді чи інших мікроелементів може супроводжуватись порушенням численних ферментативних процесів. Поряд з активаторами важливу роль у регуляції ферментативної активності відіграють інгібітори. Інгібітори — це речовини, які зменшують швидкість ферментативної реакції шляхом зниження активності ферменту.
10:58
Speaker A
На перший погляд може здатись, що пригнічення ро
11:28
Speaker A
інгібування запобігає надмірному накопиченню продуктів реакцій та бере участь у механізмах зворотнього зв'язку. На схемі показано нормальний перебіг ферментативної реакції. Фермент зв'язує субстрат, утворюючи фермент субстратний комплекс, після чого формується продукт реакції. У присутності інгібітора цей процес порушується. Інгібітор взаємодіє
11:55
Speaker A
з ферментом і утворює комплекс ферментінгібітор. У результаті фермент частково або повністю втрачає здатність зв'язувати субстрат чи здійснювати каталіз. Залежно від характеру взаємодії розрізняють два великі типи інгібування. Перший тип- оборотне інгібування. У цьому випадку інгібітор зв'язується з ферментом тимчасово, а після його видалення
12:22
Speaker A
активність ферменту відновлюється. До оборотного інгібування належить конкурентне, неконкурентне та безконкурентне. Другий тип - необоротне інгібування. У цьому випадку інгібітор міцно, часто ковалентно зв'язується з ферментом і це призводить до його тривалої або навіть частіше повної інактивації.
12:50
Speaker A
І саме ці типи інгібування ми розглянемо дещо детальніше. Інгібітори мають величезне практичне значення, оскільки ціла низка інгібіторів використовується як ее засоби, фармацевтичні засоби.
13:08
Speaker A
Зокрема, всім відомий аспірин пригнічує циклоксигеназу та зменшує синтез простагландинів. Водночас багато токсинів і отрут також реалізують свою дію через інгібування ферментів. Таким чином, інгібування ферментів є не лише важливим механізмом для реалізації, регуляції клітинного метаболізму, але й одним із ключових
13:36
Speaker A
інструментів сучасної медицини. Незворотнє інгібування виникає тоді, коли інгібітор зв'язується з ферментом настільки міцно, що активність ферменту вже не може бути відновлена. На відміну від зворотнього інгібування, де інгібітор може від'єднуватись від ферменту, у цьому випадку утворюється дуже стабільний комплекс або
14:04
Speaker A
відбувається хімічна модифікація самого ферменту. У результаті фермент втрачає свою каталітичну активність назавжди. На схемі показано типовий механізм необоротного інгібування. Інгібітор взаємодіє з певною функціональною групою в активному центрі ферменту. Після цього формуються ковалентні зв'язки між інгібітором і ферментом, що призводить
14:32
Speaker A
до утворення неактивного комплексу. Навіть після видалення вільного інгібітора активність такого ферменту вже не відновлюється. Для відновлення функції клітина повинна синтезувати нові молекули ферменту. Найчастіше мішенями необоротних інгібіторів є функціональні групи амінокислотних залишків активного центру фермента. І тут особливе значення
14:59
Speaker A
мають суль сульфхідрильні групи SH-групи цистеїну. гідроксильні О-групи серину, аміногрупи лізину та карбоксильні групи аспартату та глутамату. Зв'язування інгібітора з цими групами порушує каталітичний механізм функціонування ферменту.
15:21
Speaker A
І класичним прикладом дії необоротніх інгібіторів є ацитилсаліцилова кислота аспірин. всім відомий вам. Аспірин необоротньо ацетилює циклоксигеназу, блокуючи синтез простагландинів і тромбоксанів. Цим пояснюється його протизапальні та антиагрегатні властивості.
15:48
Speaker A
До необоротніх інгібіторів належать також деякі фосфороорганічні сполуки. Вони блокують ацетилхолінестераз, що призводить до накопичення ацетилхоліну в синапсас в синапсах і тяжкі порушення нервової діяльності.
16:06
Speaker A
Тому такі речовини можуть бути дуже токсичними. Наслідком необоротного інгібування є зниження або повне припинення швидкості відповідної ферментативної реакції. Якщо фермент є ключовим для певного метаболічного шляху, це може суттєво вплинути на функціонування клітини або навіть цілого організму. Попри це,
16:30
Speaker A
необоротні інгібітори широко використовуються в медицині. Багато сучасних лікарських препаратів реалізують свій терапевтичний ефект саме через необоротне блокування певних ферментів. Отже, необоротне інгібування є потужним механізмом регуляції ферментативної активності, який може використовуватись як в фізіологічних процесах, так і в фармакології та в
16:57
Speaker A
токсикології. Конкурентне інгібування - це різновид оборотного інгібування, при якому інгібітор і субстрат конкурують за зв'язування з активним центром. І для такого інгібування характерно, що інгібітор за своєю будовою часто нагадує субстрат або окремі його структурні елементи, що власне робить можливою таку
17:26
Speaker A
конкуренцію. І саме тому він і здатний зв'язувати з активним центром ферменту. Але на відміну від субстрату він, звісно ж, не перетворюється на продукт реакції.
17:41
Speaker A
На схемі видно, що фермент може взаємодіяти або з субстратом, утворюючи комплекс фермент субстрат, або з інгібітором, утворюючи неактивний комплекс фермент інгібітор.
17:56
Speaker A
Одночасно зв'язати і субстрат, і конкурентний інгібітор активний центр не може, тому наявність інгібітора зменшує ймовірність зв'язування субстрату та уповільнює перебіг реакції. Важливою особливістю конкурентного інгібування є його оборотність. Якщо концентрації субстрату достатньо збільшити, субстрат починає ефективніше конкурувати за активний центр і поступово витісняє
18:27
Speaker A
інгібітор. Саме тому висока концентрація субстрату може подолати конкурентне інгібування. Ця особливість добре відображена на графіку Міхаеліса Ментен. У присутності конкурентного інгібітора крива зміщується вправо. Для досягнення тієї самої швидкості реакції потрібна більша концентрація субстрату. При цьому максимальна швидкість реакції, тобто
18:58
Speaker A
Vmax, не змінюється, оскільки за достатньо високої концентрації субстрату всі активні центри можуть бути зайняті саме субстратом. Натомість константа міхаеліса збільшується. Це означає, що видима спорідненість ферменту до субстрату порушується.
19:19
Speaker A
На графіку Лунуєвера Берка прямі для реакції з інгібітором та без нього перетинаються на осі ординат. Це ще раз підтверджує, що значення Vmax залишається незмінним, тоді як константа Міхаеліса зростає. Класичним прикладом конкурентного інгібування є пригнічення субцинат дегідрогенази малонатом.
19:44
Speaker A
Малонат за своєю будовою дуже подібний до субцинату, тобто субстрату субцинат дегідрогенази, але малонат не може проходити подальші етапи реакції. І зв'язуючись активним центром ферменту, він перешкоджає приєднанню справжнього субстрату.
20:07
Speaker A
Конкурентне інгібування широко застосовують у фармакології. багатолікарських препаратів діють саме як структурні аналоги природніх субстратів ферментів. До прикладу, метотксат є конкурентним інгібітором дегідрофлатредуктази, а статини конкурентно пригнічують ГМКОА редуктазу.
20:34
Speaker A
Отже, головною ознакою конкурентного інгібування є конкуренція між субстратом та інгібітором за активний центр ферменту. При цьому КМ збільшується, Vmax не змінюється, а ефект інгібітора може бути подоланий підвищенням концентрації субстрату.
21:00
Speaker A
Неконкурентне інгібування - це різновид оборотного інгібування, при якому інгібітор зв'язується не з активним центром ферменту, а з іншою ділянкою молекули, яка часто є алостеричним центром. Оскільки інгібітор не займає активний центр, він не конкурує з субстратом за місце зв'язування. Тому
21:24
Speaker A
фермент може одночасно зв'язувати і субстрат, і інгібітор. На схемі показано, що інгібітор може приєднуватись як до вільного ферменту, так і до комплексу фермент субстрат.
21:38
Speaker A
Після зв'язування інгібітора відбуваються конформаційні зміни ферменту, що знижує його каталітичну активність. При цьому субстрат часто продовжує нормально зв'язуватись з активним центром. Однак ефективність каталізу суттєво знижується.
21:56
Speaker A
Саме тому підвищення концентрації субстрату не усуває дію неконкурентного інгібітора на відміну від конкурентного інгібування.
22:07
Speaker A
Е-е і ее це відображається і на кінетичних параметрах реакції. Максимальна швидкість реакції або Vмакс знижується, оскільки частина молекул ферменту стає функціонально неактивною.
22:24
Speaker A
Водночас спорідненість ферменту до субстрату залишається ее практично незмінною, тому величина константи Міхаеліса залишається сталою.
22:36
Speaker A
На графіку Міхаліса Ментен це проявляється зниження максимальної швидкості реакції. Крива насичення досягає нижчого рівня навіть за високих концентрацій субстрату.
22:51
Speaker A
На графіку Ланнуї Вероберка прямій перетинається на осі абсцис, що відображає незмінність е константи Міхаеліса і зниження максимальної швидкості.
23:07
Speaker A
Прикладом неконкурентного інгібування є дія ціанідів. Ціаніди зв'язуються з цитохромоксидазою, тобто четвертим комплексом дихального ланцюга мітохондрій. Унаслідок цього блокується перенесення електронів е на кисень, припиняється синтез АТФ і клітина швидко зазнає енергетичного дефіциту.
23:32
Speaker A
Саме тому ціан аанніди є токсичними речовинами. До неконкурентних інгібіторів можуть також належати деякі іони важких металів, зокрема ртуті, свинцю, срібла.
23:46
Speaker A
Е, вони взаємодіють з функціональними групами білків і порушують їхню просторову структуру і каталітичну активність. У фізіологічних умовах неконкурентні механізми часто використовуються для алостеричної регуляції. Різні метаболіти можуть зв'язуватись з елостеричними центрами та пригнічувати активність ферментів, забезпечуючи тонке налаштування метаболічних шляхів.
24:14
Speaker A
Проте надмірне підвищення концентрації неконкурентного інгібітора може перетворитися на незворотнє інгібування. От зокрема це стосується ее дії циандів.
24:30
Speaker A
Суттєве підвищення їхньої концентрації робить е-е інгібування незворотнім. Отже, головною ознакою неконкурентного інгібування є те, що інгібітор зв'язується поза активним центром і знижує каталітичну активність ферменту. У результаті максимальна швидкість реакцій зменшується. Константа Міхаеліса не змінюється, а підвищення концентрації субстрату не усуває
25:05
Speaker A
інгібування. На відміну від конкурентного та неконкурентного інгібування, при безконкурентному інгібуванні інгібітор взаємодіє лише з комплексом фермент субстрат. Тобто інгібітор не може зв'язатися ні з вільним ферментом, ні з активним центром для приєднання субстрату. Спочатку утворюється комплекс фермент субстрат, а вже потім до нього
25:34
Speaker A
приєднується інгібітор з утворенням комплексу фермент субстрат-інгібітор. Саме тому такий тип інгібування називають безконкурентним. Інгібітор не конкурує з субстратом за місце зв'язування.
25:50
Speaker A
[сопіння] На схемі видно, що після приєднання інгібітора комплекс фермент субстрат інгібітор стає каталітично неактивним і не може перетворювати субстрат на продукт. Важливою особливістю є те, що збільшення концентрації субстрату не усуває інгібування. Більше того, зі збільшенням концентрації субстрату утворюється більше комплексів фермент
26:18
Speaker A
субстрат, а отже, з'являється більше мішений для зв'язування інгібітора. Тому ефект інгібітора не долається надлишком субстрату. З точки зору ферментативної кінетики безконкурентне інгібування має дуже характерні ознаки. Максимальна швидкість реакції зменшується, оскільки частина ферментних молекул перетворюється в неактивний комплекс фермент субстрат інгібітор. Одночасно
26:48
Speaker A
зменшується і константа міхліса. Це пояснюється тим, що інгібітор стабілізує комплекс ферментсубстра і змі зміщує рівновагу в бік його утворення. Таким чином, фермент ніби сильніше зв'язує субстрат, але вже не може його ефективно перетворити на продукти. На графіку Міхалі Саментин це проявляється
27:13
Speaker A
одночасним зниженням максимальної швидкості та константи Міхаеліса, а на графіку Ланнуївераберка прямі залишаються паралельними. Це класична ознака саме безконкурентного інгібування, яку часто використовують для його розпізнавання.
27:32
Speaker A
У біологічних системах справжнє безконкурентне інгібування трапляється значно рідше, ніж конкурентне або неконкурентне. Проте воно має велике теоретичне значення, оскільки демонструє, як зв'язування інгібітора може залежати від попереднього утворення комплексу ферментсубстра.
27:54
Speaker A
Отже, головними ознаками безконкурентного інгібування є зв'язування інгібітора лише з комплексом фермент субстрат і неможливість усунення інгібування надлишком субстрату та одночасне зменшення і максимальної швидкості і константи Міхаеліса.
28:16
Speaker A
Одним із найважливіших механізмів регуляції ферментативної активності є алостерична регуляція. Термін алостеричний походить від грецьких слів алос інший і стереоспросторовий.
28:31
Speaker A
Це означає, що регуляція відбувається через зв'язування молекули не в активному центрі ферменту, а в іншій ділянці білка, тобто в алостеричному або регуляторному центрі. Після зв'язування ефектора відбуваються конформаційні зміни ферменту, які змінюють його активність.
28:55
Speaker A
На схемі ліворуч показано будову типового алостеричного ферменту. В ньому можна виділити два функціональноактивні центри. Перший каталітичний, тобто активний центр, де відбувається зв'язування субстрату та перебіг реакції. І другий алостеричний, тобто регуляторний центр, до якого приєднуються спеціальні регуляторні молекули. Якщо до ластеричного центру
29:23
Speaker A
приєднується активатор, фермент переходить в більш активну конформацію. Активний центр набуває оптимальної форми для взаємодії з субстратом і відповідно швидкість реакції зростає. Якщо ж приєднується інгібітор, то відбувається протилежний ефект. Конформація ферменту змінюється таким чином, що спорідненість до субстрату або каталітична
29:49
Speaker A
ефективність зменшується. В результаті швидкість реакції знижується. Алостеричні ферменти мають декілька характерних особливостей. По-перше, більшість з них є олігомерними білками, тобто складаються з декількох субодиниць. По-друге, вони мають окремі каталітичні та регуляторні центри.
30:12
Speaker A
По-третє, для них характерна кооперативність. Вплив зв'язування молекули в одній субодиниці впливає на властивості інших субодиниць.
30:24
Speaker A
Ее саме тому такі ферменти дуже чутливо реагують навіть на невеликі зміни концентрації регуляторних молекул.
30:34
Speaker A
Алестеричні ефектори можуть бути двох типів. Активатори стабілізують активну конформацію ферменту, підвищують спорідненість до субстрату та збільшують швидкість реакцій. І інгібітори, навпаки, стабілізують менш активну форму ферменту, знижують спорідненість до субстрату та знижують ефективність каталізу.
31:00
Speaker A
Одним з найефективніших механізмів контролю метаболічних процесів є ретроінгібування або інгібування за принципом зворотнього зв'язку. Цей механізм дозволяє клітині автоматично регулювати швидкість синтезу речовин залежно від їхньої потреби. Тут на схемі показано послідовний метаболічний шлях. Перший фермент кателізує початкову реакцію, після чого
31:29
Speaker A
утворюються проміжні продукти, які за участю наступних ферментів перетворюються на кінцевий продукт. Коли концентрація кінцевого продукту невелика, весь метаболічний шлях працює активно. Однак в міру накопичення кінцевого продукту він починає виконувати роль елостеричного інгібітора. Кінцевий продукт зв'язується не з активним центром, а з алостеричним
31:56
Speaker A
центром першого регуляторного ферменту шляху. У результаті змінюється конформація ферменту, його активність знижується і швидкість усього метаболічного шляху сповільнюється.
32:09
Speaker A
Таким чином, клітина запобігає надлишковому синтезу речовини, якої вже достатньо. Коли концентрація кінцевого продукту зменшується, інгібування послаблюється і фермент знову активується. Це створює систему саморегуляції, яка працює без зовнішнього втручання. Ретроінгібування є одним з найважливіших механізмів підтримання метаболічного гомеостазу.
32:38
Speaker A
Вона дозволяє економити енергію, попереджати накопичення надлишкових метаболітів та координувати роботу багатостадійних метаболічних шляхів. Класичним прикладом є регуляція синтезу пірамідинових нуклеотидів. Кінцевий продукт цього шляху, е, ЦТФ пригнічує аспартат транскарбомоїлазу, перший регуляторний фермент шляху. В результаті синтез нових пірамідинів сповільнюється.
33:09
Speaker A
Інший добре відоми відомий приклад - це регуляція гліколізу. Високі концентрації АТФ свідчать про достатнє енергетичне забезпечення клітини і тоді АТФ виступає алостеричним інгібітором фосфофруктокінази, одного з ключових ферментів, регуляторних ферментів гліколізу. І це призводить до зниження швидкості розщеплення глюкози та до запобігає
33:39
Speaker A
непотрібним витратам ресурсів. Ковалентна модифікація, як ще один з шляхів швидкої регуляції активності ферментів, це приєднання або відщеплення певних хімічних груп, що супроводжується зміною просторової структури та функціональної активності ферменту. На відміну від алостеричної регуляції, дефектор зв'язується нековалентно і може
34:12
Speaker A
швидко від'єднатись, тут відбувається утворення або руйнування ковалентного зв'язку. Найпоширенішим видом ковалентної модифікації є фосфорилування та дефосфорилування.
34:27
Speaker A
І саме цей механізм представлений у центральній частині слайду. Під час фосфорилування фермент протеїнкіназа переносить фосфатну групу з молекули АТФ на певні амінокислотні залишки білка. У результаті АТФ перетворюється на АДФ, а білок набуває фосфатної групи.
34:50
Speaker A
Найчастіше фосфорилування відбувається за залишками серину, трионіну або тирозину. Приєднання навіть однієї фосфатної групи може суттєво змінювати просторову структуру ферменту, його спорідненість до субстрату або взаємодію з іншими білками. У багатьох випадках фосфорилування активує фермент, але для деяких ферментів може навпаки призводити
35:18
Speaker A
до пригнічення його активності. Тому наслідок фосфорилування залежить від конкретного ферменту. Особливо важлива роль ковалентної модифікації у передачі гормональних сигналів. Багато гормонів, зокрема адреналін і глюкагон, реалізують свої ефекти через каскади протеїнкіназ, які змінюють активність великої кількості ферментів шляхом фосфорелування.
35:51
Speaker A
Окрім фосфорилування, існують і інші типи ковалентних модифікацій. До них належать ацетилування, метилування, аф рибозелування та багато інших процесів. Отже, ковалентна модифікація універсальним механізмом швидкої регуляції ферментативної активності, який дозволяє клітині оперативно перебудовувати метаболізм відповідно до своїх потреб.
36:21
Speaker A
Існує ще один важливий механізм регуляції. активація ферментів шляхом обмеженого протиолізу. Суть цього механізму полягає в тому, що деякі ферменти синтезуються не в активній формі, а у у вигляді неактивних попередників, які називають проферментами або зимогенами.
36:45
Speaker A
Такі молекули містять додатковий пептидний фрагмент, який блокує формування або роботу активного центру. Тому, незважаючи на наявність усіх необхідних структурних елементів, фермент залишається неактивним. Для переходу в активний стан необхідне протиолітичне відщеплення певної ділянки поліпетидного ланцюга. Цей процес здійснюють спеціальні протеази або
37:14
Speaker A
протеїнази. Після відщеплення пептидного фрагмента відбувається конформаційна перебудова білка. формується активний центр і фермент набуває каталітичної активності.
37:28
Speaker A
На схемі показано послідовність такого процесу: неактивний фермент, дія протеази, видалення регуляторного фрагменту та утворення активного центру.
37:40
Speaker A
На відміну від більшості алостеричних механізмів регуляції, активація шляхом протеолізу зазвичай є необоротньою. Після відщеплення пептидного фрагмента повернути фермент у вихідний неактивний стан вже неможливо. Одним із найвідоміших прикладів є активація травних ферментів. У підшлунковій залозі багато протеаз синтезується у формі
38:07
Speaker A
зимогенів. Це необхідно для захисту самої підшлункової залози від самоперетравлення. Наприклад, трипсин утворюється у вигляді трипсиногену.
38:21
Speaker A
Після потрапляння в в тонку кишку він активується ентеропептидазою, яка відщеплює невеликий пептидний сигнальний фрагмент.
38:32
Speaker A
Утворений трипсин стає активним ферментом і далі запускає каскадну активацію інших зимогенів. Як показано на схемі, трипсин активує хімотрипсиноген.
38:45
Speaker A
прокарбоксипептидазу та проеластазу, що забезпечує швидке перетворення великої кількості активних травних ферментів у тонкій кишці.
38:56
Speaker A
Подібний механізм використовується і в інших біологічних системах. Наприклад, пепсиноген в шлунку перетворюється на пепсин. Протромбін у системі згортання крові активується з утворенням тромбіну.
39:12
Speaker A
В процесах апоптозу на активні прокаспази перетворюється на активні каспази, запускаючи запрограмовану загибель клітини. Біологічне значення такого механізму дуже велике. По-перше, він забезпечує потенцій зберігання потенційно небезпечних ферментів у неактивному стані. По-друге, дозволяє швидко активувати фермент у потрібний момент без необхідності синтезу нової
39:41
Speaker A
білкової молекули. І по-третє, каскадний характер активації забезпечує значне підсилення біологічного сигналу. До цього ми розглядали регуляцію ферментів за допомогою інгібіторів, активаторів, протиолітичної активації.
40:01
Speaker A
Однак у клітині існують складні сигнальні системи, які дозволяють швидко передавати інформацію від зовнішнього середовища до внутрішньоклітинних ферментів. Одним із найважливіших механізмів такої регуляції є білок-білкові взаємодії та дія вторинних посере посередників або месенджерів.
40:24
Speaker A
Ліворуч показаний кадний каскадний приклад передачі сигналу через Gбілок та аденілацеклазну систему. Процес починається зі зв'язування гормону або іншого сигнального агента з мембранним рецептором. У результаті активується Gлок, який є спеціальним білком посередником, що передає сигнал від рецептора до внутрішньоклітинних
40:51
Speaker A
ефекторів. Активований джибілок взаємодіє з аденілат цицеклазою, мембранним ферментом, що каталізує утворення циклічного аденозин монофосфату, тобто цикломф.
41:05
Speaker A
І саме циклічний АМФ є одним із найважливіших вторинних посередників у клітині. Його називають вторинним посередником саме тому, що він утворюється всередині клітини у відповідь на дію зовнішнього сигналу.
41:21
Speaker A
Підвищення концентрації циклічного АМФ призводить до активації протеїнкінази. А цей фермент переносить фосфатні групи на різні білки клітини, змінюючи їхню активність. У результаті один зовнішній сигнал може викликати одночасно зміни роботи багатьох ферментів, і це забезпечує швидку та координовану перебудову метаболізму.
41:49
Speaker A
Праворуч показано основні етапи цього процесу. Аф під дію аденілат циклази перетворюється на цикло АМФ. Далі цикло АМФ активує протеїнкіназу А. Активована протеїнкіназа А фосфрилює білки мішені та змінює їхню функціональну активність.
42:09
Speaker A
Таким чином клітина може швидко реагувати на зміни умов середовища. Система циклу АМФ бере участь у регуляції багатьох фізіологічних процесів. До прикладу, у печінці вона стимулює розщеплення глікогену, у жировій тканині активує ліполіс, у серцевому м'язі підвищує силу та частоту
42:32
Speaker A
скорочень. У багатьох клітинах на експресію генів через регуляцію активності транскрипційних факторів. Важливо зрозуміти, що G білки та циклічні нуклеотиди самі по собі не каталізують метаболічні реакції. Їх головна функція полягає в передачі та підсиленні сигналу, який у підсумку змінює активність ферментів. Саме тому
43:00
Speaker A
вони є ключовими елементами систем внутрішньоклітинної регуляції. Тож у цьому відео ми розглянули усі найважливіші принципи регуляції ферментативної активності. А в наступному відео вас чекає інформація про медичну ензимологію, про ензимодіагностику, ензимопатії та ензимотерапії. Тож дякую за увагу. Yeah.
Topics:регуляція ферментівферментативна активністьалостерична регуляціяковалентна модифікаціяактиватори ферментівінгібітори ферментівконститутивні ферментиіндуцибельні ферментиметаболічний гомеостазбіохімія

Get More with the SozAI App

Transcribe recordings, audio files, and YouTube videos — with AI summaries, speaker detection, and unlimited transcriptions.

App Store Google Play
Or transcribe another YouTube video here →

Free tools: TXT to SRT · SRT Validator · Merge SRT · Subtitle to Text · All tools

More from Біохімія для студентів-медиків від Ірини Фоменко

View All
Механізм дії та кінетика ферментативних реакцій | Ферме… — Transcript38:43
Механізм дії та кінетика ферментативних реакцій | Ферме… — Transcript
4,388 1 Ukrainian
Прості та складні ферменти. Специфічність дії. Організа… — Transcript42:10
Прості та складні ферменти. Специфічність дії. Організа… — Transcript
3,657 1 Ukrainian
Практика закупівель: покроково про закупівлю електрично… — Transcript1:47:32
Практика закупівель: покроково про закупівлю електрично… — Transcript
12,590 1 Ukrainian
Китайська, математика, філософія — база нового божевіль… — Transcript1:02:07
Китайська, математика, філософія — база нового божевіль… — Transcript
8,924 1 Ukrainian
FMU 1-30 | Talking about vacation in Ukrainian | 5 Minu… — Transcript8:09
FMU 1-30 | Talking about vacation in Ukrainian | 5 Minu… — Transcript
130 1 Ukrainian
FMU 1-28 | How to talk about the weather in Ukrainian |… — Transcript7:23
FMU 1-28 | How to talk about the weather in Ukrainian |… — Transcript
1,205 1 Ukrainian
ПСИХОЛОГІЯ УСПІХУ. ЧОРНА СМУГА. ЗМІСТ ВИПРОБУВАНЬ. РОСІ… — Transcript1:07:28
ПСИХОЛОГІЯ УСПІХУ. ЧОРНА СМУГА. ЗМІСТ ВИПРОБУВАНЬ. РОСІ… — Transcript
8,500 1 Ukrainian
CLAAS JAGUAR 1200 — Transcript2:22
CLAAS JAGUAR 1200 — Transcript
129 1 Ukrainian
УКРАЇНСЬКА МОВА – формування, заборони, відродження | О… — Transcript1:50:38
УКРАЇНСЬКА МОВА – формування, заборони, відродження | О… — Transcript
15,125 1 Ukrainian
Жінки в пеклі Сталіна: українки у ГУЛАГу | The Документ… — Transcript29:02
Жінки в пеклі Сталіна: українки у ГУЛАГу | The Документ… — Transcript
3,548 1 Ukrainian
Ударний дриль. Принцип роботи та будова — Transcript9:42
Ударний дриль. Принцип роботи та будова — Transcript
1,081 1 Ukrainian
Дмитро ДОНЦОВ: від марксиста-атеїста до націоналіста й … — Transcript55:13
Дмитро ДОНЦОВ: від марксиста-атеїста до націоналіста й … — Transcript
4,907 1 Ukrainian