Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
чем в покоящейся. Принимая во внимание, что сродство фосфорилазы а к АМР существенно выше, чем фосфорилазы Ь, а концентрация фосфорилазы в скелетной мы1пце (0,08 мМ) выше, чем концентрация АМР, можно сделать вывод, что in vivo АМР активирует в основном а-форму.
Второй эксперимент был проведен на мышцах линии I, у которых отсутствует киназа фосфорилазы и, следовательно, не происходит превращения фосфорилазы Ъ в а (рис. 4.4). У этих мышей в отличие от нормальных при электростимуляции с частотой, вызывающей тетанус, ускорение гликолиза происходит не сразу, а после лаг-периода продолжительностью несколько секунд; оно может достигать 50% от максимальной скорости, наблюдаемой у нормальных мышей [13]. Эти данные позволяют сделать следующие заключения.
1. Фосфорилаза Ъ может активироваться in vivo (по-видимому, в результате взаимодействия с АМР), если не происходит ее превращения в фосфорилазу а.
2. При сокращении мышц у мышей I-линии значительное увеличение концентрации АМР и (или) Pi должно происходить в течение нескольких секунд.
3. Наблюдаемый перед ускорением гликогенолиза лаг-период представляет собой время, необходимое для увеличения концентраций АМР и Pi в результате реакций 1—3 (рис. 4.8) до уровня, при котором происходит активация фосфорилазы Ъ.
4. Отсутствие лаг-периода у нормальных мышей
убедительно свидетельствует в пользу предположения
о том, что в норме гликогенолиз в скелетной мышце запускается в результате образования фосфорилазы а и что in vivo последняя активируется при более низкой величине отношения (АМР + Р1)/(АТР + Г6Ф), чем
Ь-форма. Мыши линии I не проявляют особых аномалий; они, например, способны плавать столь же до)1го, как и нормальные мыши. Для мышей, содержащихся в лабораторных условиях, способность к деградации гликогена без лаг-периода и с несколько большей скоростью не особенно важна, однако в естественных условиях она может давать большие преимущества, на-
пример при ловле добычи и бегстве от хищников.
Возможно, АМР выполняет еще одну функцию, поскольку in vivo он тормозит превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b (/0=0,01 мМ); торможение обусловлено связыванием АМР не с протеинфосфата-зой-1, а с самой фосфорилазой а [28]. Это новая, ранее не рассматривавшаяся в данной книге форма регуляции, при которой аллостерический эффектор ингибирует действие фермента, изменяя конформацию его субстрата. АМР, следовательно, не только непосредственно активирует фосфорилазу, но и способствует поддержанию более высокого стационарного уровня фосфорилазы а. Такой тип регуляции наблюдается у ряда ферментов, подвергающихся фосфорилирова-нию — дефосфорилированию; он является весьма важным, поскольку обеспечивает действие аллостери-ческого эффектора на двух уровнях.
4.6. Регуляция гликогенолиза адреналином
4.6.1. Открытие циклического АМР [29]
Хотя активация гликогенолиза адреналином в скелетной мышце и печени была обнаружена еще в 1920 г., механизм действия этого, а также и других гормонов долгое время оставался практически неизвестным. Объяснялось это тем, что действие гормона удавалось обнаружить только на интактном животном. Однако в начале 50-х годов Э. Сазерленд показал, что при инкубации срезов печени с адреналином происходит усиление гликогенолиза и фосфорилазной активности; это было первым сообщением о влиянии гормона на активность определенного фермента. После гомогенизации срезов печени ответ на адреналин исчезал. Установление химической природы процессов, обусловливающих изменение фосфорилазной активности (реакции фосфорилирования и дефосфори-лирования фермента), привело к предположению, что для активации фосфорилазы адреналином необходимы АТР и Mg2+. Действительно, при добавлении этих компонентов к гомогенизированным клеткам пе-
чени чувствительность к адреналину восстанавливалась. Обнаружение действия гормона на препарате разрушенных клеток явилось крупным достижением и позволило выделить две стадии процесса. На первой стадии адреналин действует на мембранную фракцию клеток, в результате чего образуется низкомолекулярный термостабильный фактор; на второй стадии этот фактор, заменяя собою гормон, увеличивает долю фосфорилазы а.
Низкомолекулярный фактор был идентифицирован как аденозин-3',5'-циклический монофосфат (сАМР) (рис. 4.9). Он образуется из АТР при участии фермента, названного аденилатциклазой; другим продуктом реакции является пирофосфат. сАМР гидролизуется с образованием АМР одной или несколькими сАМР-фосфордиэстеразами. В состав активируемой адреналином аденилатциклазы входят по крайней мере три белка; все они локализованы в плазматической мембране, которая окружает каждую мышечную клетку и клетку печени [30]. Первый белок — это (J-рецептор (R), который связывает адреналин; второй — регуляторная субъединица (Gs), связывающая гуаниновые нуклеотиды; третий белок — каталитическая субъединица (С) аденилатциклазы. Эта трехкомпонентная система схематически изображена на рис. 4.10. Изолированная каталитическая субъединица аденилатциклазы практически неактивна; она становится активной при взаимодействии с Gs (ин-
