|
|
Основы биохимии. Том 2я-хлормеркурибензоата. Обычно вся фосфорилаза в покоящейся мышце представляет-собой фосфорилазу Ь, в то время как у мышцы, которая уже совершила сокращение в течение некоторого времени, присутствует-фосфорилаза а. В мышце, получающей прерывистые стимулы, содержание фосфорилазы характеризуется непостоянным соотношением между этими двумя экстремальными формами. 15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II 623 Хотя [Р,-] и [AMP] в покоящейся скелетной мышце достаточны для того, чтобы происходил гликогенолиз фосфорилазой Ь, ?АТР] и [глюкозо-6-фосфата] таковы, что они противодействуют активирующему эффекту AMP. Вместе с тем фосфорилаза b не способна участвовать в синтезе гликогена путем простого обращения реакции, поскольку [глюкозо-1-фосфата] = 10 мкмоль/л, в то время как для глюкозо-1-фосфата Кт~Ю ммоль/л. Когда мышца сокращается, концентрации АТР и глюкозо-6-фосфата быстро уменьшаются и концентрация AMP возрастает, т. е. создаются условия, которые позволяют проявление активности фосфорилазы Ь. Действительно, у мышей ?-штамма, недостаточных по киназе фосфорилазы b (~0,3% нормы) и вследствие этого обладающих лишь ограниченной способностью превращать фосфорил-азу b в фосфорилазу а, не наблюдается истощения мышечного гликогена при мышечной нагрузке. Однако почти взрывоподобное увеличение скорости гликогенолиза спустя несколько минут после мышечного сокращения становится возможным у нормальных животных путем превращения фосфорилазы b в фосфорилазу а при участии киназы фосфорилазы Ь. 15.3.5. Киназа фосфорилазы b Фермент скелетной мышцы (мол. масса 1,33· 106) содержит три различные субъединнцы: А, В и С (мол. масса 118 000, 108 000 и 41 000 соответственно). Предполагают, что имеется субъединнч-ная структура А4В4С8, но точная роль каждой субъединицы неясна. С-Субъединица, возможно, несет каталитический центр, поскольку переваривание киназы трипсином, приводящее к значительной деградации субъединиц А и В, не сопровождается утратой ферментативной активности. Киназа фосфорилазы b регулируется двумя основными механизмами. В покоящейся мышце [Са2+] очень низка, и киназа, имеющая абсолютную потребность в Са2+ (К^"+ =0,2 мкмоль/л), практически неактивна. В ответ на нервный импульс, приводящий к сокращению мышцы и гликогенолизу, Са2+ выходит из сарко-плазматической сети (гл. 36) в саркоплазму, где в результате создается [Са2+]=0,3—20 мкмоль/л; это равносильно сигналу киназе для превращения фосфорилазы b в фосфорилазу а, сигналу к инициации гликогенолиза, как это представлено в следующих реакциях: киназа фо игаэы Нервная стимуляция-«-выхоЭ Са?+ -«-фосфорилаза Ь --фосфорилаза я (1) фосфорилаза а Pj + гликоген — *-глюкозо-1-фосфат С2) 624 III. МЕТАБОЛИЗМ эшнефрин аЭенилагпциклаза 'РР; АТР сАМР Со Р,г(сАМР)г протеинкиназа (неактивная) протеинкиназа (активная) неактивированная киназа фосфорилазы (высокая Ктъ ) * активированная фосфорилаза киназы (низкая |adp фосфорилаза Ь Фосфатаза фосфорилаза а (АМР-зависимая)' (АМР- зависимая) гликоген · гликоген (я еЗиниц глюкозы) (п-1 еЭиниц, глюкозы). + глюкозо-1-фосфат Рис. 15.4. Схематическое изображение цикла активации и дезактивации гликоген-фосфорнлазы в скелетной мышце. На каждом более низком уровне цикла активации число участвующих молекул возрастает по крайней мере на один порядок.. Второй регуляторный механизм заключается в активации киназы фосфорилазы b под действием сАМР-зависимой протеинкиназы (разд. 11.2.1). сАМР-зависнмая Неактивированная киназа фосфорилазы Ь -f- иАТР--*- протеннкнназз --активированная киназа фосфорилазы Ь -+- nADP К?,а8,"фосфорилированной активной киназы ниже,чем нефосфорили-рованной формы. Адреналин активирует аденилатциклазу (разд. 10.3), что приводит к образованию сАМР, который активирует-протеинкиназу; последняя в свою очередь активирует киназу фосфорилазы Ъ, «запуская» тем самым гликогенолиз (рис. 15.4). Гликоген также является мощным активатором киназы фосфорилазьи Ь и может способствовать регуляции активности (см. ниже). 15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II 625 Протеинкиназа, которая содержит регуляторную (R) и каталитическую (С) субъединицы (гл. 8), активируется сАМР, причем комплекс Mg-ATP влияет на эту активацию. Показано, что JVlg-ATP, один из субстратов для С-субъединиц, связывается с активным центром этих субъединиц во время фосфорилирования киназы фосфорилазы Ь. Вместе с тем Mg-ATP связывается еще •более прочно с неактивной протеинкиназой R2C2, чем с С-субъеди-ницами, и поэтому комплекс R2C2- (Mg-ATP) 2 должен подвергнуться диссоциации для того, чтобы сАМР мог связываться с регуля-торной субъединицей R и произошла бы активация фермента; очевидно, процесс активации протеинкиназы включает следующие реакции: —2Mg-ATP +2САМР R2C2(Mg-ATP)2 R2C2 прот_з> R2(cAMP)2+2C Высокое сродство Mg-ATP к R2C2 имеет значение для предотвращения активации протеинкиназы в результате связывания Mg-ATP с С-субъединицами. Более того, концентрация R2C2 в мышце приблизительно равна обычной [сАМР], в результате чего кажущаяся Ка для активации киназы за счет сАМР оказывается на самом деле более высокой, чем измеряемая in vitro. сАМР-Зависимая протеинкиназа быстро фосфорилирует В-субъединицу киназы фосфорилазы b и несколько медленнее — субъединицу А. Именно благодаря фосфорилироваиию субъединицы В увеличивается активность киназы фосфорилазы Ь; последующее фосфорилирование субъединицы А трансформирует фермент в такую форму, в которой фосфорилированная субъединица В становится эффективным субстратом для фосфатазы киназы фосфорилазы (см. ниже). В самом деле, полностью фосфорилированный фермент инактивируется под действием фосфатазы в 100 раз быстрее, нежели частично фосфорилированная форма. 15.3.6. Фосфатазы в гликогенолизе Как показано на рис. 15.4, дефосфорилирование фосфорилазы а и активированной киназы фосфорилазы b составляет один из главных механизмов регуляции гликогенолиза. Из скелетной мышцы в очищенной форме были изолированы две фосфатазы, называемые фосфопротеидфосфатаза I и II (мол. масса 30 500 и 34 000 соответственно); оба фермента могут дефосфорилировать как фосфорилазу а, так и гликоген-синтазу D (см. ниже). Эти ферменты представляют собой фосфатазы фосфопротеидов довольно широкой специфичности, поскольку к субстратам их действия относятся фосфоказеин, фосфогистон и фосфо-??-?-субъединица тропони- 626 III. МЕТАБОЛИЗМ на (гл. 36). Значения Кт для фосфогистона и фосфоказеина в 3—15 раз превышают значения Кт для фосфоферментов мышцы. Мало известно относительно регуляции активности этих ферментов. Однако показано, что дефосфорилирование фосфорилазы а,. частично очищенной фосфатазой, ингибируется глюкозо-1-фосфатом, Р,- и АМР и стимулируется глюкозо-6-фосфатом и глюкозой. Механизм активации или ингибирования под влиянием этих эффекторов неясен. Еще одна фосфопротеидфосфатаза, которая действует на киназу фосфорилазы Ь и гликоген-синтазу D (см. ниже),, ингибируется гликогеном, когда субстратом служит киназа. Ионы металлов также требуются для дефосфорилирования киназы, содержащей только фосфо-В-субъединицы (см. выше), но не нужны для дефосфорилирования киназы, содержащей обе фосфорилиро-ванные субъединицы А и В. 15.3.7. Процесс расщепления связей в местах ветвления; продуцирование глюкозы Благодаря объединенному действию активированной фосфорилазы и фермента, расщепляющего связи в местах ветвления (рис. 15.3), происходит деградация гликогена до глюкозо-1-фосфата и свободной глюкозы (выход последней ~8%). Фермент,, расщепляющий связи в местах ветвления, в меньших количествах присутствует в скелетной мышце, нежели другие ферменты системы гликогенолиза, и может оказаться лимитирующим скорость-компонентом. Этот фермент (мол. масса 114 000), состоящий из-двух типов субъединиц и наиболее активный при рН ~4, в больших количествах содержится в лизосомах. По мере исчезновения эпинефрина из мышцы скорость фосфо-ролиза гликогена замедляется и процесс останавливается. Действие аденилатциклазы тогда прекращается, сАМР гидролизуется при участии фосфодиэстеразы, и вслед за отщеплением фосфата от активированной формы киназы фосфорилазы под действием фос-фопротеидфосфатазы наступает активное поглощение Са2+ везикулами саркоплазматической сети. Если клетка не испытывает недостатка АТР, то происходит накопление глюкозо-6-фосфата, а затем глюкозо-1-фосфата; последний используется в синтезе 1ЮРглюкозы (см. ниже). 15.3.8. Синтез гликогена в скелетной мышце Непосредственным предшественником в синтезе гликогена является уридиндифосфатглюкоза, образующаяся благодаря действию уридиндифосфатглюкозопирофосфорилазы, как показано ниже. Представленная схема, объясняющая механизм реакции, при- 15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II 627 годна и для описания обращения процесса синтеза; однако такое обращение процесса не имеет биологического значения. О II ?? СН I II он он урийинЭифосфат (1ЩРглюиоза) РР/ происходит из терминального пирофосфата молекулы уридин-трифосфата. Поскольку одна пирофосфатная связь разрывается и заменяется новой пирофосфатной связью, реакция должна быть свободно обратимой. Однако происходящее в физиологических условиях гидролитическое расщепление РР,- пирофосфатазой (разд. 10.3) фактически приводит к необратимому синтезу СЮРглюко-зы. Необходимый для этого процесса глюкозо-1-фосфат образуется из глюкозо-6-фосфата в ходе фосфоглюкомутазной реакции. Специфические контрольные механизмы для фермента млекопитающих, представляющего собой октамер из единиц с молекулярной массой ~ 50 ООО, неизвестны. 628 III. МЕТАБОЛИЗМ 15.3.8.1. Гликоген-синтаза Синтез цепи амилозного типа в гликогене при участии глико-ген-синтазы может быть изображен следующим образом: 1ГОРглюкоза -f- (глюкоза)п < > (глюкоза)п+1 + UDP Изменение свободной энергии на глюкозный эквивалент в этой реакции составляет около —3200 кал/моль; равновесие поэтому сдвинуто в сторону синтеза гликогена, который происходит в 250 раз быстрее, чем обратный процесс. Фермент не способен синтезировать гликоген непосредственно |
< 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] |