Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
На основе анализа данных по внутриклеточному распределению ферментов гликолиза в мышечных клетках D. Pette (1975) пришел к заключению о существовании упорядоченного мульти-ферментного комплекса гликолитических ферментов, адсорбированных на структурных белках мышц. Гистохимическими исследованиями подобный комплекс ферментов был выявлен в изотропной зоне миофибрилл мышечных волокон (P. Sigel, D. Pette, 1969).
J. Mowbray, V. Moses (1976) обнаружили мультиферментный комплекс, обладающий активностями всех ферментов гликолиза, в растворимой фракции разрушенных механическим путем сферопластов Escherichia coli, F. В. Opperdoes и P. Borst (1977) выявили, что полный набор ферментов гликолиза африканской
трипаносомы Trypanosoma brucei упакован в примембранной орга-нелле, названной ими “гликосомой”.
При изучении обратимого связывания ферментов гликолиза в скелетных мышцах было высказано предположение о том, что ассоциация — диссоциация этих ферментов с сократительным аппаратом является регулятором гликоли-тического пути (Т. P. Walsh et al., 1981).
В ряде работ обсуждается возможный характер пространственной организации комплекса ферментов гликолиза. П. Фридрих предложил гипотетическую схему расположения ферментов в мембране эритроцитов (рис. 20). Идея схемы состоит в наложении последовательно расположенных ферментов центральной части гликолиза на пучок “хвостов” белка полосы 3, имеющих весьма специфичные участки для связывания каждого фермента. Схема учитывает также возможное участие белков цитоскелета (актина) в процессе связывания отдельных ферментов.
Б. И. Курганов и соавт. (1986, 1988) выдвинули гипотетическую модель структур комплекса гликолитических ферментов в скелетных мышцах, а также на внутренней поверхности мембраны эритроцитов. Возможность объединения гликолитических ферментов в комплекс предопределена тем, что их молекулы имеют центры узнавания своих “соседей”, а однозначность сборки достигается тем, что в ней принимает участие якорный белок подложки, на
Рис. 20. Гипотетическая схема расположения ферментов в мембране эритроцитов (П. Фридрих, 1986). Димеры В-З-Р (белка полосы 3) — погруженные в мембрану гексагональные структуры. Их N-концы формируют в липидном бислое каналы для анионов и выступают в цитоплазму. ФГК — 3-фосфоглицераткиназа; НЬ — гемоглобин; ГАФД - глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа; Альд. — альдолаза; ФФК — фосфофруктокиназа
которой формируется комплекс. Комплексы отдельных гликоли-тических ферментов непрочны, что затрудняет их изучение в растворе. Кооперативность процесса ассоциации приводит к тому, что ассоциация должна протекать по принципу “все или ничего”. Комплекс гликолитических ферментов формируется на тонких нитях изотропной зоны миофибрилл мышечных волокон, образованных F-актином и регуляторными белками — тропомиозином и тропо-нином, или на димерах белка полосы 3, погруженных в мембрану эритроцитов. Физиологический смысл формирования комплекса ферментов, участвующих в общем метаболическом пути, на подложке биологической природы состоит в том, что клетка получает возможность регулировать метаболическую систему как единое целое с помощью химических сигналов, воздействующих на “якорный” белок подложки (Б. И. Курганов, 1986).
Предполагают, что в скелетных мышцах гликолитическая система стимулируется ионами Са2+ , связывающимися с “якорным” белком подложки — тропонином С. Первый этап сборки комплекса — это, по всей вероятности, посадка фосфофруктоки-назы на “якорный” белок. Остов “ядра” комплекса, так называемое “ядрышко”, образуют в мышечной ткани, кроме фосфофрук-токиназы, альдолаза и глицеральдегидфосфатдегидрогеназа. В состав “ядра” входят глюкозофосфатизомераза, пируваткиназа, лактатдегидрогеназа и фосфоглицераткиназа. Остальные компоненты комплекса (фосфоглицеромутаза, енолаза, триозофосфати-зомераза, глицерол-3-фосфатдегидрогеназа) занимают, очевидно, положения на периферии комплекса (рис. 21).
п
о. а ?2 а
1(1) и (5) ш(13) IV (21)
зародыш ядрышко ядро комплекс
Рис. 21. Этапы сборки комплекса ферментов гликолиза: Q — якорный белок подложки; 2 — глюкозофосфатизомераза; 3 — фосфофрук-токиназа; 4 — альдолаза; 5 — глицеральдегидфосфатдегидрогеназа; 6 — фосфоглицераткиназа; 7 — фосфоглицеромутаза; 8 — енолаза, 9 — пируваткиназа, 10 — лактатдегидрогеназа; 11 — триозофосфатизомераза; 12 — глицерол-3-фосфатдегидрогеназа. В скобках указано число молекул ферментов в состояниях I—IV комплекса
Сборка гликолитического метаболона на внутренней поверхности мембраны эритроцитов происходит на гексамерах (триме-рах димеров) белка полосы 3, имеющих ось симметрии третьего порядка, перпендикулярно к плоскости мембраны. Первым этапом сборки комплекса гликолитических ферментов является адсорбция 6-фосфофруктокиназы (ей принадлежит ключевая роль) на олигомерах белка полосы 3 (Б. И. Курганов, А. Е. Любарев, 1988). Метаболой содержит тройной набор ферментов, его молекулярная масса составляет 4,5Ю6 Да (рис. 22). Метаболой является мобильной структурой и находится в подвижном равновесии со свободными ферментами, которое контролируется клеточными метаболитами (Б. И. Курганов и соавт., 1986). Микроком-
