Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Активация гликогенолиза и мышечного сокращения одним и тем же Са^-связывающим белком (TN-C) может служить примером эффективного механизма сопряжения этих двух процессов (рис. 4.7).
4.5. Роль субстратов и аллостерических эффекторов s регуляции гликогенолиза
Повышение активности фосфорилазы b при взаимодействии с АМР было первым примером действия аллостерического эффектора [6]. Фосфорилаза b в отсутствие АМР неактивна, однако в его присутствии она так же активна, как и фосфорилаза а. Повышение активности фосфорилазы b при взаимодействии с АМР критически зависит от концентрации субстрата— неорганического фосфата (Pi). При увеличении концентрации Pi концентрация АМР, необходимая для достижения полумаксимальной активации, К&, уменьшается, и наоборот, при увеличении концентрации АМР Км для Pi снижается [21]. Следовательно, Pi и АМР являются синергическими активаторами фосфорилазы. В то же время АТР и глюкозо-6-фосфат (Г6Ф) выступают как антагонисты АМР.
В отсутствие АМР фосфорилаза а почти так же активна, как и при его наличии, но только при насыщающих концентрациях субстратов. При низких же концентрациях Pi и гликогена активность a-формы в значительной степени зависит от присутствия АМР [22], однако К& для АМР у a-формы примерно в 100 раз меньше, чем у Ь-формы; АТР и Г6Ф не являются ингибиторами фосфорилазы а.
О роли AMP, Pi и АТР в регуляции гликогенолиза можно ориентировочно судить по данным, приведенным на рис. 4.8; стационарные концентрации рассматриваемых соединений определяются восемью реакциями. Мышечное сокращение (реакция 1) приводит к снижению уровня АТР и увеличению Pi, в то же время реакция 2 обеспечивает поддержание уровня АТР. При гликогенолизе не только регенерируется АТР, но одновременно в ходе реакций 4 и 5 потребляется Pi. В результате реакций 1 и 3 концентрации АМР и АТР
АТР -=> ADP + Pj (1)
Креатин - Л 4 ДПР ^-& Креатин + АТР (2)
АПР -> АМР + АТР (3)
Гликогенп_1+ Г1Ф (4)
ГЗФ+ NAD + Pj ---ЙГ МДФГ + NADH + H* (5)
AMP - IMP + NH3 (6)
Аденилсукцинат + GDP +Р, (7)
Аденилсукцинат > АМР + Фумарат (8)
Рис. 4.8. Реакции, определяющие уровни АТР, АМР и Pi в мышце. Ферменты: 1 — актомнозиновая АТРаза; 2 — креатинкиназа; 3 — аденилаткииаза; 4 — фосфорилаза; 5 — глицеральдегид-3-фос-фат (ГЗФ)—дегидрогеназа; 6 — АМР-дезаминаза; 7 — адеиило-сукцинат-синтетаза; 8 — адеиилосукцннат.
изменяются в противоположных направлениях. Следовательно, увеличение концентраций Pt и АМР служит сигналом усиления гидролиза АТР и снижения его уровня, т. е. Pj и АМР являются активаторами гликогенолиза, основная функция которого состоит в образовании АТР. Напротив, АТР и Г6Ф служат ингибиторами гликогенолиза; при этом АТР выступает как классический ингибитор, действующий по принципу обратной связи; концентрация Г6Ф опосредованно отражает активность фосфофруктокиназы (ФФрК) — фермента, определяющего скорость гликолитического пути. Приведенные теоретические соображения не могут, однако, служить доказательством того, что рассматриваемые эффекторы являются регуляторами гликогенолиза in vivo.
Наиболее прямой путь выяснения роли АМР, Рь АТР и Г6Ф — это определение их концентраций при различных состояниях метаболической активности. К сожалению, на этом пути встретились значительные трудности, которые рассматриваются в другой 1шиге данной серии [23]. Главная проблема заключается в том, что классическими методами можно определить только «средние» концентрации метаболитов в интакт-ной мышце. Поскольку каждая мышца состоит из многих тысяч миофибрилл (при этом имеется несколько
типов фибрилл), а каждая мышечная клетка содержит несколько субклеточных органелл, получаемые средние значения концентраций являются весьма ориентировочными и не дают представления о тех концентрациях, которые характерны для цитоплазмы, где функционирует фосфорилаза. Далее, классическими методами можно определить только суммарную концентрацию метаболита, в то время как необходимо знать концентрацию свободного, т. е. доступного для ферментов, метаболита. Последняя может значительно отличаться от суммарной вследствие связывания метаболита со специфическими макромолекулами; так, например, большая часть ADP в скелетной мышце связана с актином.
В последнее время появилась возможность определять концентрации свободных метаболитов в интакт-ных тканях с помощью метода ядерного магнитного резонанса [24, 25]. Эти исследования показали, что в покоящейся мышце концентрации «свободных» Рь ADP и АМР, вероятно, значительно ниже, чем те, которые получены с помощью классических методов; это позволяет понять, почему в покоящейся мышце фосфорилаза b практически неактивна (<0,1% максимальной потенциальной активности).
О важной роли изменения концентраций субстратов и (или) эффекторов для активирования гликогенолиза при сокращении свидетельствуют эксперименты двух типов. Было установлено, что при перфузии покоящейся мышцы лягушки раствором адреналина (разд. 4.6) уровень фосфорилазы а повышается до 50%, в то время как гликогенолиз ускоряется только в 10 раз; это показывает, что в данных условиях эффективность функционирования фосфорилазы а составляет только 1 % от максимально возможной. В то же время при стимуляции мышцы электрическими импульсами определенной частоты, когда содержание фосфорилазы а увеличивается только до 10%, гликогенолиз ускоряется в 100 раз (рис. 4.3) [12, 26, 27]. Наиболее простое объяснение этого «противоречия» состоит в том, что в сокращающейся мышце отношение (Р1+АМР)/(АТР + Г6Ф) значительно больше,
