Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Инсулин вызывает усиление фосфорилирования некоторых белков по остаткам серина; отсюда следует, что по крайней мере одна протеинкиназа активируется
или одна протеинфосфатаза ингибируется инсулином. Может ли один и тот же механизм с участием инсулина приводить одновременно к увеличению и уменыне* нию фосфорилирования белков, пока не ясно.
Выяснение молекулярного механизма действия инсулина является центральной проблемой в области изучения гормональной регуляции клеточного метаболизма. Альтернативные представления по вопросу о действии инсулина рассмотрены в работе [78].
4.12. Заключение
Циклический переход ферментов, катализирующих ключевые стадии метаболизма, из фосфорилированных форм в дефосфорилированные представляет собой исключительно эффективный механизм обратимого изменения их активности. Установлено, что в клетках млекопитающих этот механизм распространен почти так же, как аллостерическая регуляция. Поскольку реакции фосфорилирования и дефосфорилирования катализируются разными модифицирующими ферментами и осуществляются при действии одного фермента на другой, их можно рассматривать как каскадные системы [79]. В моноциклических каскадах аллостеричес-кие эффекторы могут связываться либо с «обратимо модифицируемым» ферментом, либо с одним или обоими модифицирующими ферментами. В процессе этих, взаимодействий изменение концентрации одного или нескольких эффекторов будет автоматически изменять относительные активности модифицирующих ферментов, определять стационарный уровень фосфорилирования и активности обратимо модифицируемого фермента. Следовательно, моноцикличные каскады действуют как метаболические интегрирующие системы, которые могут реагировать на изменение концентраций различных метаболитов. Теоретический анализ показывает, что моноцикличные каскадные системы имеют ряд свойств, потенциально важных для клеточной регуляции [79].
1. Они обладают большими возможностями усиления сигнала-, это позволяет им изменять степень фос-
форилирования обратимо модифицируемого фермента в ответ на очень небольшие изменения концентрации аллостерического эффектора.
2. Они способны функционировать как «усилители» скорости, отвечая на изменение концентрации аллостерического эффектора в течение миллисекунд.
3. Они могут проявлять значительную гибкость при формировании ответной реакции в зависимости от того, что происходит с модифицирующим ферментом: активирует или ингибирует его аллостерический эффектор, связывается ли этот эффектор с обратимо модифицируемым ферментом, изменяя скорость его фосфорили-рования и (или) дефосфорилирования. В условиях, когда аллостерический эффектор активирует один модифицирующий фермент и ингибирует другой [например, сАМР активирует сАМР-ПК и вызывает ингибирование протеинфосфатазы-1 в результате фосфорили-рования ингибитора-1 при действии сАМР-ПК (рис. 4.12)], способность усиливать сигнал значительно увеличивается; при этом наблюдается сигмоидная зависимость между стационарным уровнем фосфори-лирования обратимо модифицируемого фермента и концентрацией эффектора. Известно, что обратимо модифицируемые ферменты часто фосфорилируются по нескольким определенным участкам одной протеинки-назой или по ряду участков разными протеинкиназами (как, например, в случае гликогенсинтазы); это обеспечивает дополнительные возможности для регуляции в каскадной системе, поскольку фосфорилирование по нескольким участкам может оказывать синергическое действие на кинетические параметры, а также влиять на регуляцию процесса дефосфорилирования.
Если активная форма обратимо модифицируемого фермента одного каскада служит модифицирующим ферментом другого каскада, в котором происходит фосфорилирование—дефосфорилирование, эти два каскада оказываются сопряженными и образуют би-цикличный каскад. Это значительно повышает гибкость ответной реакции, а также способность к усилению сигнала и увеличению скорости ответной реакции.
Моно-, би- и полицикличные каскады выполняют еще две функции. Во-первых, они могут объединять два (или более) ферментов, внутриклеточная концентрация которых сильно различается. Такая связь повышает усиливающий потенциал системы и дает возможность регулировать активность модифицирующего фермента метаболитами, концентрации которых значительно варьируют. Например, в белых, «быстро сокращающихся» мышечных волокнах молярные концентрации сАМР-ПК, киназы фосфорилазы и фосфорилазы составляют 0,2; 2,5 и 80 мкМ соответственно [34], поэтому фосфорилаза не могла бы активироваться непосредственно сАМР, концентрация которого редко превышает 2—3 мкМ. Во-вторых, площадь поверхности одной белковой молекулы ограничена, и на ней невозможно разместить участки связывания всех регуляторов фермента, занимающего важное место в метаболизме.
В настоящее время ясно, что обратимое фосфорит лирование ферментов лежит в основе сложной сети сопряженных каскадов, которая обеспечивает координированный и синхронизированный контроль многих, биохимических функций в ответ на биологические сигналы (гормоны, нервные импульсы и т. д.).
