Конечные продукты биохимических реакций оказывают регулирующее действие не только на синтез, но и на активность ферментов, катализирующих данные реакции. Чувствительностью, или сродством к конечному продукту обладают аллостерические ферменты. Они обычно находятся в начале биосинтетического пути или в местах разветвления нескольких путей, занимая ключевые позиции. В отличие от других ферментов аллостерические ферменты содержат не только каталитически активный центр, предназначенный для связывания с субстратом, но дополнительно
имеют второй центр - регуляторный (аллостерический). Их может быть несколько на одной молекуле фермента. Регуляторный центр выполняет функцию связывания молекулы конечного продукта называемого эффектором, или модулятором.
Каталитическая активность аллостерического фермента меняется в результате связывания с ним эффектора: в случае понижения - называется отрицательным, или ингибитором, в случае повышения - носит название положительного, или активатора. Отрицательными эффекторами, как правило, являются конечные продукты метаболизма, положительными - субстраты данного фермента.
Ингибирование по типу обратной связи. Подавление активности первого фермента биосинтетического пути конечным продуктом носит название ингибирования по типу обратной связи, или ретроингибирова-
ния. Примером может служить              регуляция
активности фермента L-треониндезаминазы, осуществляющего первый этап в биосинтезе L-изолейцина (рис. 7.11). Данная аминокислота синтезируется из L-трео- нина, включая пять ферментативных реакций. Первый фермент на пути биосинтеза L-трео- ниндезаминаза (ФО является аллостер ическим. Активный центр его связывается с эффектором, которым является L-изолейцин - конечный продукт биосинтеза. При накоплении L-треонина в необходимом для клетки
количестве L-изолейцин связывается с регу-ляторным центром фермента и синтез L-треонина прекращается. Этот механизм ингибирования позволяет быстро привести в соответствие скорость синтеза конечного продукта с потребностями клетки.
В отношении разветвленных биосинтетических путей существует несколько модификаций механизмов контроля путем ретроингибирования. Они сводятся к тому, что в регуляции принимает участие все конечные продукты этих путей. Если первый этап биосинтеза катализируется одним ферментом, то на поверхности его молекулы имеется несколько аллостерических центров и каждый из конечных продуктов связывается с соответствующим ему центром («своим» центром). При этом, может связываться один продукт, но если он не меняет активности фермента, то с аллостерическими центрами связываются все конечные продукты каждого из разветвлений основного пути. Это мультивалентное ингибирование.
Наиболее распространенным типом регуляции ферментативной активности в разветвленных биосинтетических путях является регулирование активности изоферментов. Наличие в изоферментах разных регуляторных центров позволяет конечным продуктам независимо друг* от друга ингибировать активность того или иного фермента.
Механизм аллостерического ингибирования активности ферментов состоит в том, что конечный продукт биосинтетического пути, связываясь с регуляторным центром, вызывает конфор- мационное изменение структуры ферментного белка. В результате этого субстратный центр становится неактивным и фермент теряет сродство к субстрату, каталитическая активность резко снижается.
Ковалентная модификация. Активность некоторых ключевых ферментов регулируется путем ковалентной модификации их структуры. Ковалентное изменение структуры фермента метаболического пути происходит в реакции, катализируемой специальным модифицирующим ферментом - модификатором. Под воздействием фермента-модификатора определенная химическая группировка ковалентно связывается с ферментом, катализирующим биосинтез того или иного продукта. В результате
фермент переходит в неактивную форму. Отщепление этой группировки возвращает ферменту активное состояние.
У бактерий пока обнаружены две системы ковалентной модификации: активность глутаминсинтетазы у Е. coli, у бактерий рода Rhizobium регулируется путем аденилирования-деаденили- рования и активность цитратлиазы у фототрофных бактерий рода Rhodop seudomonas - путем ацетилирования-деацетилирования. Присоединение аденильной и ацетильной группы к ферментам глутаматсинтетазе и цитрат-лиазе соответственно резко снижает их активность.
В заключение следует отметить, что индукция синтеза ферментов и катаболитная репрессия является основными механизмами, регулирующими катаболитические пути, которые обеспечивают клетку энергией и исходными материалами для процессов биосинтеза.
Анаболитические пути регулируются аллостерическим ингибированием, репрессией синтеза и активности ферментов продуктами метаболизма и в некоторой степени - ковалентной модификацией ферментов.