20.3. Az egyes enzimatikus lépések szabályozásának módjai

Az egyes tipikus szabályozási módszereket azok sebessége szerint rendeztük sorba.

Ahogyan azt az enzimkinetika 9. fejezetben már tárgyaltuk, amennyiben a szubsztrát koncentrációja az enzimreakcióra jellemző Km érték alatt van, a reakciósebesség egyik meghatározó eleme maga a szubsztrát-koncentráció. A szubsztrát más reakcióirányokba történő átalakítása, vagy más organellumokba történő szállítása ezért szabályozó elem. Ez a szabályozás rendkívül gyors.

Az egyik leggyorsabb, legáltalánosabb, ezért legfontosabb mód az allosztérikus szabályozás (lásd 17.2. fejezet). Ennek során az enzimaktivitást valamilyen anyagcseretermék szabályozza. Ez sokszor a végtermék (végtermékgátlás, negatív visszacsatolás, lásd később), de lehet bármelyik intermedier, gyakran az ATP, AMP vagy éppen egy koenzim. Az ATP, AMP és a redukált illetve oxidált koenzimek koncentrációja jelzi a sejtben zajló anyagcsere állapotokat. Magas ATP és redukált koenzim koncentráció a sejtben például azt jelzi, hogy elegendő kémiai energia áll rendelkezésre. Ezzel összefüggésben az ATP számos lebontó folyamat negatív szabályozója.

A sejtek energia állapotát kvantitatív módon az ún. energiatöltöttség (energy charge) adja meg:

([ATP] + 0,5 [ADP]) / ([ATP] + [ADP] + [AMP])

A képletben az ADP azért szerepel, mivel egy “makroerg” foszforsavanhidrid kötést még tartalmaz (lásd később). Normál esetben az energiatöltöttség értéke 0,8 és 0,95 közötti. A fent leírt szabályozás a megkívánt érték között tartja az energiatöltöttséget.

Soksejtűekben az egyes szervek illetve szövetek anyagcseréjének összehangolt működését hormonok biztosítják, melyek a sejten kívülről hoznak információt. A hormonok a sejtben másodlagos hírvivő molekulák megjelenését indukálják.  A másodlagos hírvivők allosztérikus szabályozóként működnek.

A másodlagos hírvivők többek között kináz, és foszforiláz enzimeket is szabályoznak. A protein-kinázok egy része anyagcsere folyamatokban résztvevő enzimek specifikus oldalláncaira kapcsol foszfátcsoportot, tehát kovalensen módosítja ezeket az enzimeket. Ez a módosítás olyan értelemben reverzibilis, hogy megfelelő foszfatáz enzimekkel ezek a foszfátcsoportok idővel eltávolításra kerülnek. Az anyagcsere folyamatok egy részében tehát kovalens módosítás is szerepel, ami szintén gyors szabályozás mód. Ezt az általános fehérjeszabályozási módot is tárgyaltuk korábban, a 17.3.1. fejezetben.

Egyes hormonok, például a szteroidok az anyagcserében szereplő egyes enzimek koncentrációját változtatják meg olyan módon, hogy specifikus gének expressziójának szabályzásán keresztül megváltoztatják az enzim szintézisének vagy lebomlásának a sebességét. Ez a szabályozás típus lassabb, perceket, vagy órákat igényel.