Багато біохімічні реакції в живих клітинах можуть йти в обидві сторони. Наприклад, клітини ссавців як синтезують, так і катаболізують глюкозу. Швидкість виникнення цих реакцій повинна регулюватися, щоб запобігти втраті енергії через марний цикл. Цей цикл здійснює протилежні реакції з дуже високими швидкостями без чистого потоку субстрату в будь-якому напрямку. Згідно з другим законом термодинаміки, ентропія збільшується у прихильних реакціях, ентропія - це енергія, яка витрачається даремно і яку не можна використовувати для роботи.
Ферменти важливі для кожної фізичної та хімічної зміни клітин. Тому регулювання каталітичної активності сприяє розумінню вроджених помилок та збереженню гомеостазу.
Регулювання дії ферментів можна здійснити за допомогою:
- Компартменталізація. Різні ферменти, що мають різні завдання, можуть бути локалізовані в певних відділеннях. Це гарантує метаболічну ефективність, а також спрощення регуляції. Наприклад, хлоропласти мають фотосинтетичні ферменти, лізосоми - гідролітичні ферменти, а мітохондрії - ферменти для енергетичного обміну, окисного фосфорилювання та циклу ТСА.
- Ковалентна модифікація. Це також відомо як ферментативна взаємоперетворення. Більшість ферментів регулюються шляхом додавання фосфату (фосфорилювання), видалення фосфату (дефосфорилювання), додавання АМФ (аденілілювання) або інших ковалентних модифікацій. Ковалентна модифікація спричиняє зміни у третинній структурі ферменту, які змінюють його каталітичну активність.
- Частковий протеоліз. Це стосується незворотної ковалентної модифікації, де зимогени або неактивні проферменти активуються за допомогою гідролізу однієї або багатьох пептидних зв’язків. Наприклад, активація протеаз (ферментів, що перетравлюють білки) лише в травній зоні дозволяє уникнути протеолізу клітинних компонентів. Так само фактори згортання крові активуються лише в місцях порізу, щоб запобігти внутрішнім утворенням тромбів.
- Контроль концентрації ферментів. Концентрація певного ферменту в клітині залежить від швидкості його деградації та синтезу. Швидкість синтезу ферментів регулюється за допомогою індукції, а також репресії гена. За кількома винятками, швидкість ферментативних реакцій зростає зі збільшенням концентрації ферментів.
- Концентрація субстрату. Швидкість ферментативної реакції зазвичай збільшується зі збільшенням концентрації субстрату до певного максимуму.
- Концентрація кінцевого продукту. Коли накопичуються кінцеві продукти реакції, швидкість реакції зменшується. У деяких випадках кінцевий продукт поєднується з ферментом, отже, додатково знижуючи швидкість.
- Температура. На швидкість ферментативних реакцій великий вплив має температура. Як правило, початкова швидкість ферментативної реакції зростає зі збільшенням температури до досягнення певного оптимуму. Вище оптимальної температури починається руйнування ферменту, що зменшує швидкість ферментативної реакції.
- рН середовища. Концентрація іонів водню в середовищі впливає на активність ферментів. Активність ферменту максимальна при певному рН і швидко зменшується по обидва боки від цього значення.
- Зволоження. Вплив підвищеної гідратації на активність ферментів тканин рослин в основному демонструється під час проростання насіння. У міру всмоктування води під час проростання активність ферментів зростає.
- Активатори. Активатори відносяться до конкретних сполук, які прискорюють швидкість ферментативної реакції. Деякі активатори підвищують активність майже всіх ферментативних реакцій, таких як солі лужноземельних металів, такі як іони хлору, кобальт, нікель, марганець та магній.
