Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Одна молекула АТР используется для фосфорилировання каждой из этих молекул глюкозы в глюкоза-6-фосфат. Полное окисление глюкоза-6-фосфата дает тридцать семь молекул АТР, а при запасаннн потребляется чуть больше одной молекулы АТР на молекулу глюкозо-б-фосфата, так что общая эффективность запивания састивляят около 97"„. 16.10. Циклический АМР занимает центральное положение в координированном контроле синтеза н распада гликогена Существование раздельных путей для синтеза и распада гликогена означает, что эти процессы должны подчиняться стра~ой регуляции. Полное проявление активности обеих групп реакций в одно и то же время привело бы к «непроизводительному» гилролизу АТР.
В лействительности синтез и расщепление гликаггпа коардипираванпа регулируются такилч образом. чта г.чикагеп-сиптаэа оказывается почти неактивной яри полной иктивпасти фасфорилазы и пааоорат, На обмен гликогена большое влияние оказывают специфические гормоны. Полипептидный гормон иксу.гия (разд, 2,6) повышает способность печени синтезировать глнкоген. Механизм действия инсулина пока не раскрыт. Высокое содержание инсулина в крови говорит о состоянии сытости, тогда как его низкое содержание является сигналом голода (разл.
23.6). Значительно лучше изучен механизм действия адргпалииа и глючагаиа, эффект которых противоположен эффекту инсулина. Мышечная активность или подготовка к ней приводит к высвобождению адреналина мозговым веществом надпочечников. Адре- НО Н НО С вЂ” СН вЂ” Н вЂ” Н г СН ОН 3 Адраналнн палия выраженно стимулирует распад гликогена в мышцах и в меньшей степени — в печени. Печень более чувствительна к глюкагану, полипептидному гормону, секретируемому и-клетками поджелудочной железы при низком содержании сахара в крови. Глюкагон повышает содержание сахара в крови, стимулируя распад гликогена в печени. +Н и-Нгв-Баг-61«-6!у-Тпг-Рпа-Тьг-Баг-Авр-Туг- ча -Баг-гув-Туг-Еан-Авр-Баг-Агд-Агд-А!а-6Ь- го Часть П, Генерирование 122 н храпение энергии -Авр-Рпа-'уаьцгп-Тгр ьаи-Мач-Авп-Тэгг-СОО гв глин»гав Ннг нФ .с н с ~сн Ъ нс с н нн, й с ~~сн нс с И О О О О вЂ” Р— Π— Р— О О "О О О— О=Р О Циклические АМР АТР еоеферипзза + АТР еееФояиваза в з Зег — ОН Бе> — Π— РО,> ' + АОР+ Нь 16.
Глнкоген н обмен днсаха рядов 123 Эрл Сазерланд (Еаг! Бпгйег!апд) установил, что действие адреналина и глюкагона на метаболизм опосредуется циклическим АМР. Это открытие привело к представлению об универсальном присутствии циклического АМР во всех формах жизни и о его ключевой роли в регуляции биологических процессов (гл. 35). Синтез этой регуляторной молекулы из АТР катализируется аденилатциклазой, ферментом, связанным,с плазматическими мембранами. Процесс ускоряется последующим гидролизом пирофосфата. Адреналин и глюкагон не проникают в свои клетки-мишени.
Они связываются с плазматическими мембранами и стимулируют аденилатциклазу (разд. 35.3). Повышенное внутриклеточное содержание циклического АМР запускает ряд реакций, приводящих к активации фосфорилазы и ингибированию гликоген-синтазы. Мы рассмотрим теперь структурную основу регуляции активности указанных ключевых ферментов обмена гликогена и затем перейдем к каскаду реакций, устанавливающих связь между этими ферментами и циклическим АМР. 16.11. Фосфорилаза активируется путем фосфорнлнрования специфического остатка серина Фосфорилаза скелетных мышц существует в двух взаимопревра>дающихся формах; активная фосфорилаза а и обычно неак- п>канал фосфорилаза Ь (рис. 16.5).
Фермент представляет собою димер, мол. масса субъединиц которого равна 92 кДал. Фосфорилаза Ь превращается в фосфорилазу а путем фосфорилирования оцного остатка серина (серина-14) в каждой субъединнпе. Эта ковалентная модификация казализируется специфическим ферментом киназой фосфорилаэы, который был открыт Эдмондом Фишером (Ейпопг) Еьсйег) и Эдвином Кребсом (Ег)>ч)п КгеЬя). Фосфорилаза а инактивируется специфической фосфатазой, гидролизуюгцей фосфорильную группу, присоединенную к серину-14. Мышечная фосфорилаза Ь активна только в присутствии высоких концентраций АМР, действующих аллостерически. АМР связывается с центром связывания нуклеотида и изменяет конформацию фосфорилазы Ь. АТР действует как отрицательный аллостерический эффектор, конкурируя с АМР.
Глюкозо-6-фосфат также ингибирует фосфорилазу Ь преимущественно путем связывания с другим активным центром. При болыпинстве физиологических состояний фагфарилаза Ь неакп>ив><а вследсп>вие ингибируюи(ега дгис>пеич А7Р и глюкоза-6-фасфап>а. В противоположность этому фосфорилаэа а полностью акп>ивпа независимо от содержания АМР, АТР и глюкозо-6-фосфата. Доля активного фермента определяется прежде всего скоростями фосфорилирования и дефосфорилирования. В неработающей мышце почти весь Фоофврмнало В (актнвнан я-форма) Фоофорняввв В (нввктнвнвн т.форма) Фооформвавв в Фоойифнввав в (нввктивная (активная яформв) т форма) Рис. 16.5. Схематическое изображение регуляции гликоген-фосфорилазы в скелетных мышцах. Фермент может принимать каталитически неактивную Т (напряженную) конформацию или активную К (релаксированную) конформацию. Равновесие й Т для фосфорилазы а сдвинуто далеко в сторону активного (1-состояния, В противоположность этому фосфорилаза Ь находится преимущественно в неактивном Т-состоянии, исключая случаи, когда содержание АМР находится на высоком уровне, а содержание АТР и глюкоза-6-фосфата— на низком.
При большинстве физиологических состояний доля активного фермента определяется скоростями фосфорилирования и дефосфорилирования. фермент находится в неактивной Ь-форме. Как будет указано в следующем разделе, повышенное содержание адреналина и электростнмуляция мышцы приводя~ к образованию активной а-формы. 16.И. Трехмерная структура гликоген-фосфорилазы Рентгенокристаллографические исследования а- и Ь-форм гликоген-фосфорилазы значительно облегчили изучение каталитических и регуляторных механизмов этого ключевого фермента метаболизма. 841 аминокислотный остаток мономерной субъединицы компактно упакованы в три структурных домена (рис. 16.6): аминпкпн- Часть П.
Геиерироаанме 124 и хранение энергии цевой домен (310 остатков), гликпген-связывая)и(ий дол)ен (160 остатков) и карбоксикпнцевпй долген (371 остаток). Каталитический центр локализован в глубокой щели, образованной остатками аминокислот каждого из этих трех доменов. Такая защита активного центра от водной среды должна, очевидно, благоприятствовать преобладанию фосфоролиза нвд гидролизом.
Пиридпксалыфпсфат (витамин Вв), который необходим для действия фермента, связывается вблизи участка присоединения глюкоза-1-фосфата. Альдегидная группа этого кофактора образует шнффово основание с лизиновой боковой цепью С-концевого домена. Сохранение ферментатнвной активности после восстановления шиффова основания боргилридом говорит о том, что в данном случае альдегидная группа в отличие от таковой в случае других пиридоксалевых ферментов не участвует в катализе.
В то же время фосфорильная группа пиридоксальфосфата, по-внлимому, принимает прямое участие в катализе. В молекуле фосфорилазы имеется также участок связывании гликогена, отстоящий от каталитического центра на 30 А, Этот участок имеет важное значение для присоединения фермента к частице гликогена.
Благодаря такому большому расстоянию между местом связывания гликогена и каталитическим центром фермент может осуществлять фосфоролиз многих концевых остатков, не претерпевая диссоциацни и реассоциации после каждого каталитического цикла. Помимо этого фосфорилаза содержит по меньшей мере два аллостерических участка контролю Глюкоза н нуклеозиды, являющиеся аллостерическими ингибиторами печеиочной фосфорилазы а (разд. 16.! 8), связываются вблизи каталитического центра.
АМР, аллостерический активатор фосфорилазы Ь, связывается рядом с границей между субъединицами, далеко от каталитического центра и участка Участок связывания частицы гянкогвна ання фосфата Рве. 16.6. 16. Гликогпз и обмен дисахаридов !25 Схемат ическое изображение а-углеродного остова фосфорилазы а, Показана локализация каталитически активного центра, а также участков связывания частицы гликогена, аллостерических центров и участков фосфорилирования. (Печатается с любезного разрешения д-ра КоЬегг Р1епебс1с, д-ра )к)е)1 Маг)зеп, д-ра Регег Казу)пз)су,) связывания гликогена. Серии-14, место фвсфорилированил при превращении фосфорилазы Ь в фосфорилазу а, также локализован вблизи границы между субьединицами.
Эта фосфорильная группа в фосфорилазе а соединена волородной связью с боковой цепью аргинина-69. В то же время область, охватывающая 19 Х-концевых остатков в фосфорилазе Ь, не имеет строго определенной структуры. Эта область Ь-формы напоминает по гибкости очень подвижный активационный домен в трип- синогене, который принимает строго упорядоченную конформацию при превращении в трипсин (разд. 8.!1).
Детальные исслепования структурных изменений, вызываемых фосфорилированием и аллостерическими эффекторами, находятся в процессе развития. Но уже сейчас ясно, что гликоген-фосфорилаза представляет собою утонченный интегратор информации об энергетическом метаболизма клетки. 16.13.
Киназа фосфорилазы также активируется путем фосфорилироваиия Активность киназы фосфорилазы также регулируется путем .ковалентной модификации. Киназа фосфорилазы, полобно фосфорилазе, превращается из формы с низкой активностью в выеокоактивную форму в результате фаефоривированил.
Фермент, катализирующий эту активацию, является компонентом системы гормон — циклический АМР, которую мы рассмотрим несколько позднее. Киназа фосфорилазы мо- Мыввчнов сокращение о кинава, нв содержащая Са" Фосфорилированная кииаза Са'-киназ» Частично активная Полностью активная Неактивная Участок связывания лиридоксальфосфата Рис. 16.7. жет быть частично активирована и другим путем, под действием Са в концентрациях порядка !О ' М, Этот механизм активации имеет лля биологических процессов важное значение, поскольку мышечное сокрашение запускается высвобождением Са"' (гл.
34). Таким образом, расщепление гликогена и мышечное сокращение связаны преходящим увеличением содерзкания Са'+ е цитоплаз.тте, 16.14. Гяикогеи-сивтаза ниактивируется прн фосфорилировании спецвфического серииового остатка Синтез гликогена тесно коорлинирован с его расшсплснием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
