|
|
Основы биохимии. Том 2из иЬРглюкозы; глюкозная единица последней должна быть перенесена на пред существующую акцепторную полиглюкозную цепь, а именно на гликоген. Однако амилоза, амилопектин или даже глюкоза могут также служить акцепторами, но при столь высоких концентрациях (К™юк°зав = 1 мол/л), что эти сахара не могут иметь физиологического значения. В этом смысле фермент животных отличается от гликогенсинтазы из Е. coli, которая легко утилизирует в качестве акцепторов олигосахариды, даже такие небольшие, как мальтоза. Происхождение молекул гликогена все же представляется неясным, если учесть слабую акцепторную способность глюкозы и олигосахаридов, в которых остатки глюкозы соединены а-1,4-гликозидной связью. Предполагается, что гликоген представляет собой глико-протеид, который содержит < 1 % белка по массе, и что образуемая в долихолфосфатзависимом процессе (разд. 15.8.3) полиглю-козная цепь встраивается в белок. Действительно, инкубация мик-росом печени с ГШРглюкозой и долихолфосфатом сопровождается значительным включением глюкозы в эндогенные акцепторы неизвестной структуры и функции. Более того, изолированный и очищенный гликоген никогда не бывает совершенно свободным от следов белка. Плотноупакованная разветвленная структура, характерная для гликогена, есть результат действия амило-( 1,4—>\,Ь)-трансглико-зилазы. В печени, мышце и мозге этот гликоген-ветвящий фермент (отличный от описанного ранее фермента, расщепляющего связи в местах ветвления) отщепляет с растущих В-цепей фрагменты из шести или семи глюкозных единиц, соединенных а-1,4-связью (рис. 15.1), и переносит их на 8—12 единиц дальше с образованием а-1,6-связи (рис. 15.5). Именно специфичностью этого фермента определяется плотная упаковка ветвей гликогена, как это выясняется при сравнении с действием ферментов, ответственных за ветвление при синтезе амилопектина в растениях. Две взаимопревращающиеся формы гликоген-синтазы отличаются по потребности в глюкозо-6-фосфате как эффекторе. Гликоген-синтаза I (независимая от глюкозо-6-фосфата) и гликоген-синтаза D (зависимая от глюкозо-6-фосфата) представляют собой 15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II 629» Рис. 15.5. Действие амило-(1,4—»-1,6)-трансгликозилазы. R — главная часть молекулы гликогена; каждый кружок соответствует глюкозной единице. Темные-кружки означают глюкозную молекулу, альдегидный углерод которой перенесен» от 1,4-связи к 1,6-связи. нефосфорилированную и фосфорилированную формы синтазы соответственно. Взаимопревращение этих двух форм осуществляется непосредственно той же самой сАМР-зависимой протеинкиназой, которая также превращает неактивную киназу фосфорилазы b ы активную киназу фосфорилазы Ъ (разд. 15.3.4), и фосфопротеид-фосфатазой, которая также действует на фосфорилазу а (разд-15.3.4). Реакции взаимопревращения таковы: сАМР-зависимая гликоген-синтаза I + АТР--»- гликоген-синтаза D+ + nADP протеинкиназа фосфопротеид- гликоген-синтаза D + ?,? ->· гликоген-синтаза 1+лР; фосфатаза Точное количество включаемого фосфата не установлено, но, вероятно, может достигать шести фосфатных групп на молекулу синтазы. Следует отметить, что один или более остатков серина из числа подвергшихся фосфорилироваиию находятся в той же-аминокислотной последовательности, как у гликоген-фосфорилазы (разд. 15.3.4). Эти взаимоотношения схематически иллюстрируются схемой,, приведенной на рис. 15.6, где отчетливо видно, что киназы путеш гликогенолиза и синтеза гликогена находятся под контролем единственного эффектора — сАМР. (330 III. МЕТАБОЛИЗМ Синтаза скелетной мышцы —тетрамер из субъединиц с мол. ^массой до ~85 ООО. Аналогично гликоген-синтазам из других источников этот фермент тесно связан с частицами гликогена. Подобно гликоген-фосфорилазе, синтаза контролируется как алло-¦стерически, так и путем фосфорилирования, но последствия фосфорилирования для активности обратны тем, которые наблюда-:ются для фосфорилазы. В покоящейся мышце фермент находится ;в нефосфорилированной, активной форме; в сокращающейся мыш-пде фермент фосфорилирован и почти неактивен. В присутствии достаточно высокой концентрации глюкозо-6-фосфата фосфорили-рованная форма проявляет почти полную активность. Активация синтазы D глюкозо-6-фосфатом приводит к значительному снижению Кт для обоих субстратов этого фермента. Степень активации глюкозо-6-фосфатом, однако, значительно варьирует в зависимости от степени фосфорилирования синтазы, как показано для фермента мышцы кролика на рис. 15.7. Так, при низких концентрациях глюкозо-6-фосфата высокофосфорили-рованные формы фермента практически неактивны, в то время как три этих же концентрациях отмечается выраженная активация эпинефрин АТР+ неакгпивирован-ная киназа фосфорилазы V гликоген-синтаза D сАМР- зависимая протеинкиназа ADP+активированная ниназа фосфорилазы (фосфорилированная) гликоген (п-1 ейиниц глюкозы) (п еЭиниц глюкозы) (ml еЭинии, глюкозы) Рис. 15.6. Схема ряда сопряженных реакций в скелетной мышце, свидетельствующих о существовании взаимной зависимости в регуляции гликогенолиза и синтеза гликогена при стимуляции аденилатциклазы эпинефрином. 15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II 631 Рис. 15.7. Активность гликоген-синта-зы как функция степени фосфорилирования синтазы и концентрации глюкозо-6-фосфата. Активность измеряли при постоянной [1ГОРглюкоза] = =0,2 ммоль/л; [глюкозо-6-фосфат] ва-риировалась, как показано на рисунке (0—5 ммоль/л). [Roach P. J., Lamer J., J. Biol. Chem., 251, 1921, 1976.] 1 2 3 Сойерэкание фосфата 85000 г синтазы, моль синтеза гликогена после дефосфорилирования синтазы D. АТР,. ADP, AMP, UDP и Р,- ингибируют синтазу и способствуют регуляции ее активности, но эффективность этих ингибиторов также колеблется в зависимости от степени фосфорилирования фермента;, так, все они становятся более сильными ингибиторами при увеличении степени фосфорилирования. На рис. 15.8 схематически представлены эффекты активаторов и ингибиторов в виде функции от степени фосфорилирования гликоген-синтазы. Совершенно очевидно, что фосфорилирование гликоген-синтазы и фосфорилазы совершается при одних условиях, дефосфори-лирование — при других, и притом в каждом случае с противоположным эффектом. Синтаза более активна в своей дефосфо-фор-ме, в то время как фосфо-форма может быть активирована алло-стерически глюкозо-6-фосфатом; фосфорилаза активна в фосфо-форме, в то время как дефосфо-фермент может аллостерически активироваться AMP. Имеющиеся данные показывают, что фосфатазы, дефосфорили-рующие гликоген-синтазу D, — это те же ферменты, которые де-фосфорилируют киназу фосфорилазы b (разд. 15.3.5). Однако фосфатаза (ы) гликогенсинтазы D, по-видимому, подавляется гликогеном, поскольку существует обратная зависимость между концентрацией гликогена в мышце и процентом синтазы в форме I. Гликоген, кроме того, сильный активатор киназы фосфорилазы Ь-(разд. 15.3.5), что свидетельствует об участии гликогена, как та- 632 III МЕТАБОЛИЗМ жового, в регуляции своего собственного синтеза и расщепления (см. приведенную ниже схему). UDPrmoK03a + гликоген . } гпипоген-синтаза D * » гликоген-синтаоа ? фосфатаза \ ^v» 0 гликоген + U DP ^~--- /® / / / If , киназа фосфорилаза о -фосфорилаза а фосфорилазы 6 глюкозе -1- фосфат Таким образом, когда снижается концентрация гликогена в шышце, синтез гликогена стимулируется путем снятия ингибирова-:ния с превращения D-формы синтазы в ?-форму и путем ослабления активации киназы фосфорилазы Ь. Когда уровень гликогена возрастает, вступают в силу обратные взаимоотношения. Возмож--но, что эти взаимоотношения следует связать с наблюдением о прекращении синтеза гликогена при повышении его концентрации гвыше, чем это бы соответствовало 1%-ному раствору, т. е. именно той концентрации, которая найдена в хорошо упитанной, покоящейся мышце. При наличии некоторой активности киназы фосфорилазы b повторное фосфорилирование гликоген-синтазы D должно способствовать прекращению дальнейшего синтеза гликогена, поскольку в присутствии значительных концентраций глюкозо-б-фосфата и АТР, и Р; (при тех концентрациях, в которых они найдены в покоящейся мышце) представляют собой выраженные ингибиторы синтазы D. Под влиянием адреналина в мышце, следовательно, происходят активация фосфоролиза гликогена и прекращение синтеза гликогена (рис. 15.6), причем в обоих случаях это достигается активацией аденилатциклазы и связанной с этим активацией протеинкиназы. Последовательность, приводящая к инактивации синтазы, -содержит на одно звено меньше, чем последовательность, приводящая к активации фосфорилазы. Этого, однако, достаточно, потому что нет соответствующей необходимости в усилении сигнала -В системе синтеза; максимальная скорость синтеза гликогена в мышце не может превышать 0,3% самой высокой скорости фос- 15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II 633 Рис, 15.8. Активность гликоген-синтазы как функция степени фосфорилирования синтазы и концентрации низкомолекулярных эффекторов. Низкомолекулярные эффекторы стимулируют или ингибируют активность синтазы и могут быть причиной изменения расположения кривых активность — степень фосфорилирования. Стрелки указывают сдвиги в кривых активность — степень фосфорилирования, обусловленные низкомолекулярными эффекторами и гормонами (инсулином, эпи-нефрином и глюкагоном). [Roach P. J., Lamer J., J. Biol. Chem., 251, 1924, 1976.] форолиза гликогена. Тот факт, что одна и та же сАМР-зависимая протеинкиназа и фосфатаза (ы) участвуют в фосфорилировании и дефосфорилировании как гликоген-фосфорилазы, так и синтазы, свидетельствует о координации этих процессов в клетке. Утах для фосфатазы фосфорилированной формы гликоген-фосфорилазы в 100 раз превышает Vmax, если субстратом служит гликоген-синтаза, что также свидетельствует о возможности резкого выключения фосфорилазы; включение синтазы — процесс более медленный, но синтез инициируется с момента начала аккумуляции глюкозо-б-фосфата. 15.4. Метаболизм гликогена в печени Пути гликогенолиза и синтеза гликогена в печени, по-видимому, по |
< 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] |