Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

добны таковым в мышце (рис. 15.2 и 15.4); любая из ферментных активностей, связанных с метаболизмом гликогена в мышце, обнаружена в печени. Однако имеются существенные раз-

7—1358

634

III. МЕТАБОЛИЗМ

лнчня в структуре печеночных и мышечных ферментов и в механизмах регуляции их активности в метаболизме гликогена. Кроме того, печень в отличие от мышцы в норме синтезирует гликоген из лактата крови и гидролизует глюкозо-6-фосфат до глюкозы; это два самых важных процесса, связанных с ролью печени в регуляции углеводного обмена у интактного животного.

Печеночные фосфорилазы а и b взаимопревращаются под действием киназы фосфорилазы b и фосфатаз фосфорилазы а. Фосфорилаза b по размеру (мол. масса 185 000) подобна мышечному ферменту, но отличается от него по структуре, о чем свидетельствует слабая иммунологическая перекрестная активность между ферментами мышц и печени из одного и того же вида животных. Это согласуется с тем фактом, что наследственные дефекты печеночной фосфорилазы не проявляются на ферменте мышц и напротив; этот вопрос обсуждается ниже (табл. 15.3). АМР—-положительный эффектор печеночной фосфорилазы Ь, а глюкоза—· отрицательный эффектор; последняя проявляет свое действие путем снижения сродства фермента к глюкозо-1-фосфату и увеличения кооперативности между центрами связывания глюкозо-1-фосфата. Фосфорилаза b печени активна in vitro в отсутствие эффекторов, но нуждается в сАМР для проявления полной активности. Печень почти свободно проницаема для глюкозы, которая, согласно имеющимся предположениям, связывает фосфорилазу а и способствует ее превращению в фосфорилазу Ь, благодаря чему создается важный регуляторный механизм (рис. 15.9).

Киназа печеночной фосфорилазы Ъ в неочищенных экстрактах печени активируется сАМР-зависимой протеинкиназой. Однако высокоочищенная киназа фосфорилазы b (мол. масса 35 000) не активируется при инкубации с сАМР, протеинкиназой и Mg-ATP. Ее активность стимулируется гликогеном, причем степень активации отчасти зависит от присутствия Са2+.

Существует множество форм печеночных фосфатаз, которые дефосфорилируют и фосфорилазу а, и активированную киназу фосфорилазы b точно так же, как это имеет место в мышце (рис. 15.4). По крайней мере одна из печеночных форм ингибируется гликогеном и АМР и стимулируется глюкозой.

Природа и поведение ферментов, участвующих в печеночном гликогенолизе, позволяют предположить, что регуляция гликоген-фосфорилазы в печени несколько отличается от таковой в скелетной мышце. Основанием для такой точки зрения послужили исследования на интактных крысах и на изолированных клетках печени крысы, показавшие, что стимуляция гликогенолиза и активация фосфорилазы адреналином не сопровождаются увеличением общей клеточной концентрации сАМР и активацией сАМР-зависи-мой протеинкиназы. Однако стимуляция гликогенолиза глюкаго-

15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II

С35

гликоген

(? еЭиниц глюкозы)

©

гликоген

(77+1 еЭиниц глюкозы)

Ppi UDP-glc' UDP \/ гликоген-синтаза 1

L

* глкжозо-1-?

??? j

глюкозо б-р

фосфорилаза ?

L- [глюкоза] (Г) ® (

^оТ?" "*----фосфорилаза а (частично ингийированная^

ингибиро- ?

вание фосфэтаза фосфо-

рилазы а (активация глюкозой)(2)

ксген-сингпазы

гликоген-синтаза D

©

фосфорилаза b (остановка гликогенолиза)

Рис. 15.9. Предполагаемый механизм для стимуляции синтеза гликогена в печени при высоких концентрациях глюкозы. Глюкоза связывает фосфорилазу а (/) и активирует фосфатазу фосфорилазы а (2), что приводит к образованию фосфорилазы b и остановке гликогенолиза. Когда уровни фосфорилазы а снижаются, снимается ингибирование фосфатазы гликоген-синтазы (3) и синтез гликогена из глюкозы (4) возрастает благодаря повышению содержания гликоген-синтазы I (5). [Hers ?. G., Annu. Rev. Biochem., 45, 180, 1976.]

ном (гл. 46) происходит через сАМР-зависимые активаторы фосфорилазы, напоминая в этом отношении процесс активации гликогенолиза в мышце.

В синтезе гликогена в печени, очевидно, участвуют ферменты, не отличающиеся по характеру активности от ферментов скелетной мышцы. В опытах in vitro показано, что две формы (I и D) гликоген-синтазы могут взаимопревращаться под действием сАМР-зависимой протеинкиназы и фосфопротеидфосфатазы. Гликогенсинтаза D активна только в присутствии глюкозо-6-фосфата, однако Р/ при физиологических концентрациях препятствует активации. Цитрат также активирует форму D, но его эффект нивелируется физиологическими концентрациями АТР. Синтазы печени и мышцы структурно не идентичны, хотя и очень близки; это согласуется с наблюдениями о том, что людям с наследственным дефектом печеночной синтазы свойственен нормальный уровень мышечной синтазы (табл. 15.3).

В печени, как и в скелетной мышце, существует взаимная зависимость между механизмами, регулирующими распад и синтез гликогена, хотя природа этих механизмов в мышце и печени неодинакова. Концентрация глюкозы в печени, вероятно, играет ключевую роль в регуляции путем серии реакций (рис. 15.9). Когда концентрация глюкозы в печени увеличивается, глюкоза, вероятно, связывается с фосфорилазой а, частично ингибируя ее и стимулирует фосфатазу фосфорилазы а, что приводит к превращению

636

III. МЕТАБОЛИЗМ

фосфорилазы а в фосфорилазу Ь. Предполагают также, что фосфорилаза а — мощный ингибитор фосфатазы гликоген-синтазы; таким образом, по мере уменьшения концентрации фосфорилазы а снимается ингибирование фосфатазы гликоген-синтазы, в результате чего становится возможным образование гликоген-синтазы I. Это находит подтверждение в том факте, что после увеличения концентрации глюкозы в крови экспериментальных животных концентрация фосфорилазы а в печени снижается и после короткого лаг-периода возрастает концентрация гликоген-синтазы I. Этот ряд событий приводит к остановке гликогенолиза и стимуляции синтеза гликогена. Противодействовать этим эффектам могла бы внутриклеточная [АМР], но в условиях высокого содержания глюкозы [АМР] не может достигать уровня, требуемого для активации фосфорилазы Ъ за счет АМР: Если концентрация глюкозы в печени снижается, тогда вышеуказанные реакции обращаются, начинается гликогенолиз и синтез гликогена подавляется.

Конечная концентрация гликогена, синтезированного в печени, может определяться соотношением факторов ингибирования, количеством имевшегося гликогена, возможностью превращения синтазы D в I и активностью фосфатазы фосфорилазы а, измеренной в гомогенатах печени. Во всех тканях взаимная зависимость между синтезирующими и фосфорилирующими системами предотвращает действие бесполезных циклов синтеза гликогена и его деполимеризации, что привело бы к расточительному расходованию АТР.

15.5. Физиологическая роль гликогена

Большие резервы химической энергии в получающих достаточно питания тканях мало влияют на осмотическое давление, поскольку накопление происходит либо в виде нерастворимых в воде липидов, либо в виде труднорастворимых полисахаридов с очень большой молекулярной массой. Запасание больших количеств полисахаридов характерно для растений, в которых, за исключением семян, резервы липидов обычно скудны. У высших животных в форме липидов отлагается главная масса запасаемой энергии, в то время как депонирование полисахаридов происходит лишь в виде относительно небольших количеств гликогена. Хотя гликоген встречается в большинстве тканей, включая клетки жировой ткани, скелетная мышца содержит ~2/з всего гликогена тела. Остальная часть в основном представлена гликогеном печени.

В табл. 15.2 представлены топливные ресурсы организма обычного мужчины (масса 70 кг) и тучного мужчины, структура скелета которых подобна (измерения проводились после продолжительного голодания).

15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II 637

Таблица 15.2 Резервы окисляемых метаболитов

Метаболит Содержание резервов у среднего мужчины (с массой —70 кг) Содержание Iезервов у тучного мужчины

кг 1 ккал ккал

Триацилглицерины 15 141 000 750 000

Белок мышц 6 24 000 30 000

Гликоген мышц 0,12 480 640

Гликоген печени 0,07 280 280

Гликоген внеклеточной жидкости 0,02 80 100

15.5.1. Гликоген тканей

Гликоген всех тканей полидисперсен; мол. масса может колебаться от 2,5-105 до 107. Количество легко экстрагируемого гликогена, т. е. извлекаемого холодным раствором трихлоруксусной кислоты, всегда меньше общего количества, которое находят после щелочного гидролиза ткани. Менее легко экстрагируемая фракция присутствует в форме нерастворимых гранул. Наблюдения за введенной 14С-глюкозой показывают, что эта фракция гликогена метаболически активна и подвергается постоянному превращению.

15.5.2. Гликоген печени

У различных видов млекопитающих от 2 до 8% массы печени приходится на долю гликогена. Даже в норме у животного, регулярно получающего питание, происходит непрерывный синтез и распад гликогена, хотя количество гликогена в печени и поддерживается приблизительно постоянным. Печень животного, голодавшего в течение 24 ч, практически лишена гликогена. Кормление гликогенными материалами, например глюкозой, приводит к быстрому восстановлению содержания гликогена в печени.

Способ оценки эффективности других соединений как предшественников глюкозы заключается в том, что животным, голодавшим до практическо полного истощения гликогена в печени, дают испытуемое вещество. Любой материал, который при этих условиях вызывает увеличение количества гликогена в печени, рассматривается также как источник глюкозо-6-фосфата; поэтому термины гликогенной и глюкогенный, по существу, синонимы. К гликогенным веществам относятся не только гексозы, но и гли-когенные аминокислоты (гл. 23), глицерин, промежуточные про-

638

III. МЕТАБОЛИЗМ

дукты гликолиза и сахароспирты, такие, как сорбит и инозит. Эти и многие другие соединения, когда их дают голодающим животным, вызывают некоторое увеличение количества гликогена в печени. В каждом случае испытуемое вещество должно сначала превратиться через глюкозо-6- и глюкозо-1-фосфат в ГШРглюкозу.

15.5.2.1. Факторы, влияющие на количество гликогена в печени

Количество г

страница 20
< 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
(21.10.2019)