Трансформированная клетка - Эш Б.Б.
Скачать (прямая ссылка):
11,8.4. Внутриклеточное pH и фосфорилирование
Как ранее отмечалось, плейотропный эффект Са2+ и циклических нуклеотидов на клеточный рост и метаболизм часто опосредуется специфическими протеипкиназами и фосфатазами. Важными аспектами физиологической регуляции являются процессы фосфорилиро-вания и дефосфорилироваиия ферментов и структурных белков. Здесь мы не будем пытаться описать многочисленные реакции, опосредуемые протеинкиназами, поскольку по этой теме имеется много доступных исчерпывающих обзоров (Krebs, 1972; Rubin, Rosen, 1975; Nimmo, Cohen, 1977; Krebs, Beavo, 1979). В этом разделе мы рассмотрим взаимодействие pH и регуляции ферментов через фосфорилирование и присутствие фосфата.
Неорганический фосфат с рКа примерно 7,2 — единственный мажорный клсточпый метаболит, имеющий значения рК в физиологическом диапазоне, при изменении pH от 7,0 до 7,6. Это наблюдение важно с точки зрения наличия субстрата, а также свободиой анергии.
При pH 7,0 примерно 30 % неорганического фосфата (Р4) присутствует в виде НРО|~ и 70 %— в виде Н2РОГ- При pH 7,4 наблюдается почти обратная картина. Изменение pH в физиологическом диапазоне (см. раздел 4) может во многом изменить эффективный внутриклеточный пул Pi. Поскольку активные и аллостерические сайты энзимов обычно ионоспецифичны, предполагается, что в реакциях, включающих Pi, предпочтительным субстратом или эффектом является моновалентный или дивалентный фосфат (Shoun et al., 1979). Наличие Pi может быть фактором, регулирующим интенсивность биосинтеза АТФ (Robinson, Flaschner, 1979), и было постулировано, что конку ренция между гликолизом и дыханием за Pi лежит в основе пастеров ского эффекта (Aisenberg, 1961; Wenner, 1975; Ramaiah, 1974 Racker, 1976). Неорганический фосфат также стимулирует активностз дрожжевой фосфофруктокиназы в зависимости от pH (Banuelo et al., 1977). Средней точкой для стимуляции фосфатом фосфофруктокиназы in vitro является pH примерно 7,2, стимуляторный эффект повышается при кислом pH. Эти результаты предполагают, что предпочтительным эффектором в этой системе является H2POi“. Отсюда логично постулировать, что изменения внутриклеточного pH влияют на системы фосфорилирования путем прямого взаимодействия с пулом неорганического фосфата.
347
Свободная энергия гидролиза АТФ также чувствительна к изменениям pH (Rosing, Slater, 1972). Другими словами, количество свободной энергии, выделяющейся при расщеплении АТФ на АДФ и Рь увеличивается с повышением pH. Увеличение количества свободной энергии является результатом повышенной энтропии для реакций при более высоких значениях pH в связи с выделением протона из продукта Pi. Свободная энергия гликолиза также зависит от концентрации Mg2+, но тем не менее повышается сверх 0,5 ккал/моль АТФ при изменении значения pH от 7,0 до 7,5 при температуре 37 °С. Если АТФ используется в киназной реакции, изменение свободной энергии в реакции определяется рК фосфатного продукта.
С точки зрения термодинамики все реакции, включающие фосфат, чувствительны к изменениям pH. Это не означает, что фосфатазные и киназные реакции прямо зависят от pH, однако вместе с тем в некоторых случаях pH может играть важную роль. До сих пор еще не получено достаточного числа данных для подтверждения гипотезы, заключающейся в том, что pH влияет на обмен через его взаимодействия с фосфатпыми реакциями (Gerson, 1978). Насколько нам известно, влияние pH на присутствие субстратного фосфата и свободную энергию гидролиза АТФ является практически неизученным вопросом, хотя это может частично объяснить профиль pH, оптимального для образования АТФ (Shamoo, Brodskv, 1972; Brodsky, Shamoo, 1973).
11.9. ВЫВОДЫ
В свете данных, представленных в этой главе, можно сделать некоторые общие заключения о внутриклеточном pH и его роли в регуляции пролиферации клеток эукариотов.
1. Известно, что при физиологических условиях энергизации и низких концентрациях метаболических кислот в наружной среде клетки эукариотов поддерживают свое внутреннее pH в строго определенных границах. Гомеостатическая регуляция внутриклеточного pH осуществляется путем продукции метаболических кислот и диффузии протона вниз по его электрохимическому градиенту в комбинации с регулируемой, опосредованной носителями, экструзией протоновых эквивалентов. Было постулировано, что резкие изменения внутриклеточного pH возникают в результате солюбилизации внутриклеточных запасов СаС03. На поддержание постоянного pH* неблагоприятно влияют повышенные концентрации в среде метаболических кислот, таких, как молочная кислота и С02. Однако присутствие некоторого количества НС03 в среде необходимо, так как оно повышает внутриклеточную буферную способность, опосредованную взаимодействием с системой обмена CWHCOjf и угольной ангидразой. Обнаружено, что внутриклеточную буферную способность повышает также цАМФ через взаимодействие с системой С02/НС0з~.
2. Установлено, что в ходе клеточных циклов Physarum и Tetra-hymena, а также во время последовательности активации яиц морских ежей происходит повторяющийся сдвиг внутриклеточного pH.
