Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 27
Текст из файла (страница 27)
которым подчиняется гликоген-фосфорилаза скелетной мышцы: 1) ковалентная модификация посредством фосфорилиронания или дефосфорилирования остатков серина в активном центре фермента и 2) аллостерическая регуляция фосфорилазы Ь путем нековалентного связывания с АМР или АТР. В покоящейся мышце почти вся фосфорилаза находится в неактивной, или Ь-форме, поскольку в такой мышце концентрация АТР гораздо выше.
чем концентрация АМР. 15.12. Взаимопревращения фосфорилвзы а в фосфорилизы Ь регулируютси в конечном счете гормонами Выше мы видели, что взаимопревращения фосфорнлазы а и фосфорилазы Ь в мышцах осуществляются под действием двух ферментов — фосфатазы фосфорилазы а н киназы фосфорилазы Ь. Их совместное действие и определяет в итоге соотношение фосфорилаз а и Ь, а следовательно, и скорость расщепления гликогена с образованием глюкозо-1-фосфата. Естественно задать вопрос: а чем же в свою очередь регулируется активность фосфатазы фосфорилазы и киназы фосфорилазы? Позднее мы ответим на этот важный вопрос более подробно (гл.
25), сейчас же скажем ~олько, что если организм оказывается внезапно в критической ситуации, то мозговое вещество надпочечника выделяет в кровь гормон адреналин. который служит молекулярным сипилом для печени н мышц. Под влиянием этого сигнала печень включает свою гликогенфосфорилазу, в результате чего повышается уровень глюкозы в крови. т.е. мышцы получают топливо. Этот же сигнал включает в скелетных мышпах расщепление гликогена с образованием лактата, благодаря чему усиливается образование АТР, требующегося для преодоления критической ситуации.
Через длинный ряд последовательных реакций (их мы рассмотрим позже) адреналин в конце концов стимулирует активность кииазы фосфорилазы Ь, так что отношение фосфорилазы а х фосфорилазе Ь резко возрастает. Когда напряжение снимается и адреналин перестает выделяться в кровь, активность киназы фосфорилазы Ь возвращается к своему исходному, более назкому, уровню; соответственно возвращается к норме также и отношение фосфорилазы а к фосфорилазе Ь (гл. 25).
В печени гликоген-фосфорилаза также присутствует в а- и Ь-форме; в принципе ферменты печени функционируют подобно мышечным, от которых они, впрочем, несколько отличаются по своей структуре и регуляторным свойствам. Расщепление гликогена в печени имеет иное назначение, нежели в мышцах; этот процесс служит источником свободной глюкозы крови. Под действием фосфорилазы печени образуется глюкозо-1-фосфат, который затем превращается в глюкозо-6- фосфат, являющийся уже непосредственным предшественником свободной глюкозы.
Реакция, в ходе которой образуется П-глюкоза крови, катализируется ферментом глюкозо-6-фосфатазой: П-глюкозе-6-фосфат + НхО— — О-глюкоза + Р~ Таким образом, вызываемая в печени действием адреналина стимуляция образования фосфорилазы а из фосфорилазы Ь приводит к повышению концентрации глюкозы в крови и тем самым подготавливает организм к преодолению критической ситуации. О распаде и синтезе гликогена и о регуляции этих процессов мы еще будем говорить более гюдробно (гл. 2() и 25). 15.13.
Сама последоввтелыюсть гликолитичееких реакций регулируетси иа двух главных этвиих Скорость гликолиза регулируется не только за счет вовлечения в этот процесс гл ы гликолиз цгнтрлльный путь клтльолизмл глюкозы 465 Иигибиторы Аизииизиры АМР АТР Фрухтозо-1,б-дифосфат 11зпрзз А(зР мк" Фосфат, К ' Сзз 4 ззи свободной глюкозы или же глюкозильных остатков гликогеид, как это описано выше; биологическому контролю подчиняется и сама последовательность реакций на пути от глюкоза-6-фосфата до пируващ. В этой последовательности имеются два главных регулируемых этапа: олин из них катализируется фогфофруктоки вазой, а другои - лируоалзклназой. Фосфофруктокиназа (ФФК! зто сложный аллостерический фермен~, управляемый многими положительными и отризжтельнылзи модуляторами.
Механизмам его регуляции (у разных клеток различным] посвящены десятки научных статей. В скелетных мышцах активность фосфофруктокиназы определяется концентрациями субсзратов этого фермента (АТР и фруктозо-6-фосфата) и его продуктов (АПР и фруктозо-1,6-днфосфата); все зти соединения иг.рают роль аллостерических регуляторов. Очень важны также в качестве ре~уляторов АМР, цитрат, ионы Мд", фосфат и некоторые другие метаболиты, присутствующие в мышечнойткани(табл. !5-!).
Однако, хотя регуляции ФФК зависит оз. сложно~о взаимодействия ряда факторов, главными отрипательными модуляторами этого фермента являются АТР и цитрат, а самыми активными положительными модуляторами — АМР и фруктозо-1,6-дифосфат. Всякий раз, когда при очень активном мышечном сокращении концентрация АТР падает, а энергии требуется больше, фосфофруктокиназная активность усиливается, даже если концентрация фруктозо-6-фосфата очень низка (об этом свидетельствует тот факт, что зависимость ТабзиЗи 15-1 Некоторые иллостерические активаторы и ингибиторы фосфофруизокииизы скорости реакции ог концентрации описывается гиперболой; рис.
15-15, А). Если, однако, уровень АТР в клетке уже высок по сравнению с уровнем АОР и АМР, то кажущееся сродство фосфофруктокиназы к фруктозо-6-фосфату сильно снижается (на зто указывает Б- образнаа форма кривой на рис. 15-15, А). В этом случае фосфофруктокиназа будет катализировать реакпию лишь при сравнительно высокой концентрации фруктозо-6-фосфата. !(ит)жт, один из промежуточных пролуктов цикла лимонной кислоты, усиливает ингибирование фосфофруктокнназы высокими концентрациями АТР, В то же время повышение концентрапии АМР.
образующегося в результате аленилаткиназной реакции в сокращающейся мышце (см. рис. 14-17), служит очень мощным стимулирующим модулятором и противодействует ингибируизшему влиянию АТР на фосфофруктокиназную реакцию (рис. 15-15иБ). В результате всех этих сложных аллосгерическнх взаимодействий скорость реакции, катализируемой фосфофруктокиназой, возрастает иногда в сотни раз при переходе скелетной мышцы из состояния покоя к состоянию максимальной активности. Вторым регулируемым этапом гликолиза является иирувлткпназная реакз)ич.
Пируваткиназа также принадлежит к числу аллостерических ферментов. Этот фермент встречается по меньшей мере в трех нзоформах (разд. 9.23), ко. торые отличаются друг от друга по распределению в тканях и по реакции на различные модуляторы. При высоких концентрациях АТР кажущееся сродство пируваткииазы к фосфоенолпирувату сравнительно невелико и соответственно невелика скорость пируваткиназной реакции при обычных концентрациях фосфоенолпирувата.
Пируваткиназу ингибируют также ацетил-СоА и высокомолекулярные жирные кислоты — соелинення, играющие важную роль в качестве топлива для цикла лимонной кислоты. Таким образом, когда в клетке уже велика концентрация АТР или когда в ней уже «остаточно топлива для пропесса лыхания. обеспечивающего клетку энергией, ЧАСТЬ Ц. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ 466 л г" о о аа о [ Фруктово б-фасфат1 — + А гликолиз ингибируется за счет либо фосфофрухтокиназы, либо пируваткиназы (в зависимости от условий).
В то же время при низких концентрациях АТР кажущееся сродство пируваткиназы к фосфоенолпирувату возрастает, и это позволяет ферменту переносить фосфатные группы от фосфоенолпирувата на АОР даже при относительно низкой концентрации фосфоенолпирувата. Некоторые аминокислоты также действуют как модуляторы пнруваткиназной активности, главным образом в печени. Во всех клетках гликолиз регулируется с очень высокой эффективностью, напоминающей действие компьютера, а потому изменения концентрации различных метаболитов могут влиять на его общую скорость. Столь сложная регуляция не должна вызывать у нас удивление, поскольку гликолиэ — древнейший катаболический путь, занимающий центральное место в метаболизме. 15.14.
Каким образом можно выявить регулируемые этапы глвколиза в шггактных клетках? Различные регуляторные эффекты на таких аллостерических ферментах, как фосфофруктокиназа, легко можно наблюдать в пробирке в опытах с очищенными ферментными препаратами. Возникает, однако, естественный вопрос: откуда, в сущности, нам известно, что 1 Фруктово-1,б-дифогфат1 — + Рис.
15-15. Некоторые факторы, от которых зависит аллостеричеакая регуляция фосфофрук- токиназы мышц. ж Влияние концентрации АТР и фруктово-6-фосфата на скороать фос фофруктокниазной реакции. При низких кон- центрациях АТР величина Км фаафофруктоки- иазы для фруктово-6-фосфата сравнительно не- велика, и потому зтат фермен~ даже при от- носительно инжих концентрациях фруктово-6- фосфата может функционировать а большой скоростью. При высоких концегпрацнях АТР Км фермента ллл фруктово-6-фосфата резко возраатает, о чем авнлетельатвует 3-абразива форма кривой. Б. Влияние АМР, цитрата и фруктово-1,6-дифоафата. Фруктово-!,б-дифос- фат являетал мошиым активатором, но для максимальной стимуляции ему требуетая при- сутствие АМР.
Цитрат же действует «ак мош- ный ингибитор. Здесь представлены лишь немногие из тех сложных взаимодействий, которые могут иметь место между многочисленными аллосте- рическими модуляторами фосфофруктокиназы. фосфофруктокииазная реакция представляет собой олин иэ главных регулируемых этапов гликолиза в цнтахтпных клетках? Получить ответ на этот вопрос позволяют измерения, показывающие, как в интактных клетках или тканях изменяются концентрации различных промежуточных продуктов гликолиза при изменении скорости этого процесса. Обратимся вновь к рис. 15-13.
Представим себе, что мы имеем дело с покоящейся мышцей и что гликолиз на всем пути от глюкозо-6-фосфата до пирувата протекает в ней с постоянной скоростью, так что и концентрации всех его промежуточных продуктов тоже постоянны, т.е. ГЛ 15. ГЛИКОЛИЗ вЂ” ЦЕНТРАЛЪНЪ|й ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА ГЛК)КОЗЫ 467 поддерживается стационарное состояние. Попробуем теперь внезапно ннгибнровать фосфофрухтокиназную реакцию. При этом резко повысится концентрация ее субстрата, т.е. фруктозо-б-фосфата, который станет накапливаться, и понизится концентрация продукта этого фермента, фруктозо-(,б-дифосфата, а также всех последующих промежуточных продуктов гликолиза, поскольку их превращение в пируват будет продолжаться с той же скоростью, что н раньше. Этап, на котором происходит превращение фруктово-6-фосфата во фруктозо-1.6-дифосфат и о котором известно, что концентрация первого из этих веществ возрастает, а второго-снижается, если фосфофруктокиназа ингибнруется, может служить конкретным примером пункгпа церекресппх Пункт перекреста является тем местом, в котором осуществляется регуляция данной ферментной системы при ее переходах из состояния покоя в состояние активности и обратно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
