|
|
Основы биохимии. Том 2кающий лактат, несмотря на высокое содержание лактатдегидрогеназы. У взрослых людей, получаюших рацион, богатый углеводами, избыточные углеводы запасаются сначала в форме печеночного и мышечного гликогена, а затем в виде нейтральных триацилглицеринов, которые образуются в печени и в жировой ткани. Однако при нагрузке гликолиз в мышце значительно усиливается; образующийся лактат удаляется печенью из тока крови, где он превращается в гликоген. В течение нескольких часов, считая от последнего приема пищи, печеночный гликоген используется для поставок в кровь глюкозы, единственного «топлива», приемлемого для мозга; печень перестает «гликолизировать», переключается на окисление жирных кислот для собственного обеспечения энергией и начинает превращать аминокислоту в глюкозу. Эти явления свидетельствуют о том, что скорости действия ферментных систем, совокупность которых составляет какой-либо путь, определяются не только количеством этих ферментов и их субстратов. Очевидно, именно поэтому не удалось получить доказательств существования в метаболизме ряда бесполезных циклов, которые можно было теоретически допустить на основании схемы метаболизма (рис. 14.1). В самом деле, полное сопряжение всех путей гликолиза и глюконеогенеза глюкоза ->¦ 2 лактат ->¦ глюкоза должно было бы составить гигантский бесполезный цикл, результат которого выразился бы в гидролизе 4 молей АТР за одни оборот; в этом случае для повторного синтеза глюкозы должен был 14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I 593 бы утилизироваться тот АТР, который образуется при гликолизе. Однако, как известно, скорости протекания этих процессов в клетке в норме соответствуют потребности и сопровождаются относительно малыми потерями энергии. Координация скоростей протекания гликолиза и глюконеогенеза в соответствии с физиологическими потребностями обеспечивается действием разнообразных контрольных механизмов, которые варьируют для каждого индивидума в зависимости от времени, а также от органа к органу и от вида к виду. 1. В печени, как и везде в организме, наивысшая скорость гликолиза составляет не более 10% той скорости, которая могла бы установиться, если бы фермент, мощность которого лимитирует скорость процесса, а именно фосфофруктокиназа, действовал максимально. (Термин мощность применяется здесь в смысле характеристики числа молей субстрата, изменяющихся в минуту, т.е. позволяет связать концентрацию фермента и число его оборотов при существующих условиях.) Это не совсем так для обратного направления процесса; количество пируваткарбоксикиназы лишь ненамного превышает то, которое необходимо для поддержания наблюдаемых скоростей глюконеогенеза. Гликолиз постоянно происходит в печени, жировой ткани и почках. Однако скорость его in vivo составляет лишь очень малую долю скорости, наблюдаемой в экспериментальных условиях, когда эти ткани инкубируются анаэробно. В мышце скорость гликолиза лимитируется скоростью использования АТР для сокращения; гликолитическая мощность этого органа определяется мощностью фосфофруктокиназы, которая должна соответствовать таковой для фосфорилазы гликогена (разд. 15.3.2) —-фермента, ответственного за расщепление гликогена и поступление резервной глюкозы в эту систему. 2. Концентрации большинства метаболитов в тканях обычно соответствуют порядку значений Km, измеренных в реакциях, где они участвуют. Единственное исключение, по-видимому, представляет пнруваткарбоксикиназа; тканевая концентрация оксалоацетата составляет лишь около 10% наблюдаемой Km, что позволяет предположить действие каких-то еще не выявленных активаторов. 3. Главные известные в настояшее время контрольные механизмы гликолиза в принципе проявляются на трех киназных стадиях: гексокиназной, фосфофруктокиназной и пируваткиназной. Примечательно, что все эти стадии являются необратимыми стадиями гликолиза; все они ограничены участием в гликолитическом пути и не играют роли в глюконеогенезе. Благодаря такой организации обратимые стадии могут свободно участвовать в глюко-неогенезном пути. 4. Некоторые из выявленных главных специфических контрольных устройств гликолиза и глюконеогенеза суммированы на рис. 14.9; показана регуляция по принципу положительной прямой 1 ADP I- I AMP I— I глюкоза] ATP JadpI ?? rbP\--- j фруктозо-b-?I ATP ADP Нфрукгпозо-1,Ь-8и-Р ) гпицервльВегиВ-ЗР I I I I Ala] JNADH | | ATP | |Cit| | Ж К
NAD+ NADH ADP ATP ?;
I I ? il _ J Рис. 14.9. Некоторые контрольные механизмы, оперирующие в гликолизе и глюко-иеогенезе. Полые стрелки обозначают пути реакций. Сплошными линиями (стрелки) показаны активаторы, штриховыми — ингибиторы, ЖК — жирные кислоты, Cit — цитрат, Ala — аланин, PEP — фосфоенолпируват; все другие сокращения либо очевидны сами собой, либо стандартны. (Взято с некоторыми изменениями из работы [Weber С, Adv. Enz. Requl., 7, 37, 1969].) 14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I 595 связи двумя метаболитами и рядом ингибиторов и - активаторов. Каждый фермент вполне чувствителен к изменениям в концентрации каждого ингибитора или эффектора в пределах их физиологической роли. Глюкозо-6-фосфатаза и фруктозодифосфатаза могут быть ннгибированы вплоть до нескольких процентов их максимальной активности. Для функционирования пируваткиназы необходима активация положительными эффекторами; в пределах физиологических концентраций отрицательных эффекторов она может быть полностью подавлена. Пируватдегидрогеназа — единственный представитель в этой серии ферментов, который блокируется вследствие образования ковалентной связи с ингибитором (разд. 12.2.4). Контролирующие скорость процесса внутренние механизмы, присущие гликолитической системе, недостаточно изучены. Ясно, что итоговая скорость гликолиза должна определяться доступностью субстрата, утилизацией АТР и концентрациями различных ферментов. У дрожжей определенно лимитирующими являются максимальная активность фосфофруктокиназы, пируваткиназы и альдолазы, которые составляют лишь 1—10% активностей енолазы, глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназы и фосфоглицер-аткиназы. В результате некоторые реакции протекают в близких к равновесным условиях, в то время как реакции, катализируемые гексокиназой, фосфофруктокиназой, глицеральдегидфосфатдегид-рогеназой и пируваткиназой, далеки от своего равновесия в условиях стационарного состояния клетки. В действительности, будучи открытой системой, живая клетка, очевидно, не может достигать стационарного состояния, если при потоке веществ и энергии через эту систему истинная концентрация каждого промежуточного продукта сохраняется постоянной. В качестве примера на рис. 14.10 приведена запись концентрации NADH в бесклеточном дрожжевом экстракте. Такие колебания концентрации, продолжающиеся 140 мМ трегапоза NAD -восстановление Рис. 14.10. Колебания NAD+/NADH в бесклеточном экстракте дрожжей. Когда загас глюкозы приближался к истощению, в среду вводили трегалозу, которая может сбраживаться после гидролиза, и регистрировали концентрацию NADH по его поглощению. [Руе К., Chance В., Ргос. Natl. Acad. Sci. U. S., 55, 888, 1966.] 596 III. МЕТАБОЛИЗМ бесконечно,—*в основном результат непрерывных изменений скорости фосфофруктокиназной реакции, так как меняются концентрации ее субстрата, продукта и эффектора. Изложенные представления существенным образом подтверждаются на примере действия пируваткиназы, а также многих других ферментов, активность которых подвержена постоянным, хотя и не столь резким изменениям. Соответственно концентрационные зависимости промежуточных продуктов гликолиза должны были бы так же отразить эти колебания, причем некоторые из этих зависимостей должны быть синхронны с таковой для NADH, а другие, естественно, не совпадают с ней. 5. В структуре ключевых участвующих ферментов заложена способность принимать то, что можно назвать гликолитическим или глюконеогенезным сигналом. Гликолитическая система и пи-руватдегидрогеназа тормозятся АТР, цитратом, жирными кислотами и ацетил-СоА при их наивысших физиологических концентрациях. Понижение концентрации всех этих веществ приводит к ослаблению торможения, давая сигнал о том, что не только снижается [АТР], но уменьшается и поступление главных топливных субстратов окислительной машины митохондрий. Одновременное возрастание [AMP] и [ADP] может служить источником положительных сигналов для активации как гексокиназы, так и фосфофруктокиназы. Как только в результате активации ферментов начинают возрастать концентрации глюкозо-6-фосфата, фрук-тозодифосфата и глицеральдегид-3-фосфата, каждый из этих продуктов посылает сигнал для активации пируваткиназы. Если, однако, поступление глюкозы невелико и налицо соответствующий приток жирных кислот, то окисление их становится преобладающим процессом; при этом адениновые нуклеотиды полностью заряжены, концентрация интермедиатов цикла лимонной кислоты увеличивается, положительные стимулы гликолиза устраняются и вновь включается торможение гликолиза. Главные факторы, ограничивающие активность фруктозодифосфатазы, следующие: концентрация AMP снижается; повышение [ацетнл-СоА] активирует пируваткарбоксилазу; отношение [NAD^J/fNADH] в цитозоле возрастает, вызывая превращение лактат—>-ппруват; увеличение [пирувата] сдвигает положение равновесия пнруватаминотрансфе-разной реакции (гл. 21) пируват 4- глутамат < t аланин 4- а-кетоглутарат таким образом, что возрастающая концентрация аланина закрепляет торможение пируваткиназы и предшественники глюконеогенеза направляются в сторону глюкозы. 14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I 597 6. Заслуживает внимания механизм контроля системами АТР/АМР и NAD^/NADH. В нормальных аэробных тканях эти системы отрегулированы таким образом, что [АТР]/[АМР] = = 500 и [NAD L]/[NADH] изменяется в интервале от 750 до 1000. [NAD+] составляет около 1 ммоль/л, [NADH] ~ 1 мкмоль/л. Снижение [NAD+] на 10% (до 0,9 ммоль/л) было бы трудно зарегистрировать, если бы оно не приводило к увеличению [NADH] от 1·10~6 до 1,0· Ю-4 моль/л, т. е. в 100 раз. Подобные соображения прнложим |
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 |
Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb) |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |