Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

я-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

страница 18
< 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]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.09.2019)