Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

из 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

страница 19
< 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
(20.11.2019)