Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
4.4. Синхронизация гликогенолиза и мышечного сокращения: активация киназы фосфорилазы ионами кальция, кальмодулином и тропонином
АТРазная активность актомиозина за несколько миллисекунд, необходимых для развития максимального напряжения, увеличивается более чем в 100 раз. Поскольку количество АТР в покоящейся мышце (около 7 мМ) может обеспечить энергичное сокращение лишь в течение непродолжительного периода времени (менее 1 с), то очевидно, что необходимы эффективные механизмы для регенерации гидролизуемого АТР. Один из таких механизмов, обеспечивающий регенерацию АТР в течение нескольких секунд, — это фосфори-лирование ADP за счет креатинфосфата (25 мМ); в дальнейшем регенерация АТР обеспечивается почти исключительно за счет энергии превращения гликогена в лактат.
В течение секунд после начала сокращения скорость гликогенолиза увеличивается в несколько сотен раз. Очевидно, это связано с соответствующим увеличением активности гликогенфосфорилазы, поскольку в
Рис. 4.3. Влияние частоты электрических импульсов ва уровень фос-форилазы 'а в изолированной портняжной мышце лягушки. Полупериод достижения стационарного уровня фосфорила-зы а при частоте 2 имп./с — 30 с, а при частоте 6 имп./с— 10 с [11].
Частота стимуляции, имп./с.
настоящее время установлено, что в покоящейся мыш-це почти вся фосфорилаза находится в неактивной ft-форме. При сокращении изолированной мышцы лягушки под действием электрических импульсов определенной продолжительности и частоты ft-форма превращается в активную a-форму. Данной частоте импульсов соответствует определенная стационарная концентрация фосфорилазы а, эта концентрация отражает относительные активности киназы фосфорилазы и про-теинфосфатазы-1 (рис. 4.3). При увеличении частоты импульсов стационарная концентрация фосфорилазы а повышается, а время, необходимое для ее достижения, уменьшается. При частоте импульсов, вызывающей состояние тетануса, стационарная концентрация фосфорилазы а составляет 70% (суммарное количество фосфорилазы принято за 100%); при этом полупериод достижения стационарного состояния составляет менее 1 с (рис. 4.4). При увеличении частоты
Рис. 4.4. Влияние тетаии-ческого сокращения на уровень фосфорилазы а в хвостобедреиной (саи-dofemoralis) мышце мыши in situ; О — нормальная мышь .(линия С-57); ф—мышь линии I, У которой полностью отсутствует киназа фосфорилазы [12].
Продолжительность стимуляции, о
импульсов возрастает также скорость гликогенолиза; при частоте всего лишь 0,8 имп./с она более чем в 100 раз превышает, исходную скорость, при этом стационарная концентрация фосфорилазы а составляет около 10% (рис. 4.3) [13].
Приведенные данные показывают, что появление фосфорилазы а является важным фактором в синхронизации гликогенолиза и мышечного сокращения. Они свидетельствуют также о том, что в покоящейся мышце киназа фосфорилазы неактивна и превращается в активную форму при мышечном сокращении. Как было установлено, один и тот же сигнал вызывает сокращение и активирует киназу фосфорилазы; этим сигналом служат ионы кальция (рис. 4.5).
-lgCa”
Рис. 4.5. Зависимость активности киназы фосфорилазы от концентрации иоиов кальция; ф — дефосфорилированиая 6-форма; О—фосфорилироваииая a-форма, й-форма (но не a-форма) может активироваться в 20—30 раз под действием TN-C при концентрации иоиов Са2+ 1—3 MidVl [14].
Киназа фосфорилазы состоит из субъединиц четырех типов — а, р, у, б и имеет структуру (аРуб)4 [15]. у-Субъединица представляет собой каталитически активный [16], а б-субъединица— Са2+-связывающий компонент [17]. Предпосылкой для активации у-субъ-единицы является связывание Са2+ с б-субъединицей.
б-Субъединица идентична белку, называемому кальмодулином (рис. 4.6). По структуре кальмодулин сходен с TN-C — белком, который ответствен за чувствительность сократительного аппарата мышцы к Са2+ (разд. 4.3). Как и TN-C, кальмодулин способен связывать до четырех ионов кальция (на 1 молекулу белка) при микромолярной концентрации последнего; сродство к Са2+ двух связывающих участков в N-koh-
Рис. 4.6. Аминокислотная последовательность кальмодулина; для обозначения аминокислот использован однобуквенный код. Показаны четыре предполагаемых Са2+-связывающих домена [18].
Активная
фосфоридаза
Мобилизация
гликогена
4
Поступление
энергии
Активная
актомиозиновая
АТРаза
I
шеч1
эаще
Мышечное
сокращение
Затрата
энергии
Рис. 4.7. Роль Са2+, кальмодулина и тропонина-С в синхронизации гликогенолиза и мышечного сокращения.
цевой половине молекулы кальмодулина в 10 раз выше, чем двух других связывающих участков в С-концевой половине молекулы [19].
Было установлено, что киназа фосфорилазы взаимодействует со второй молекулой кальмодулина, называемой б'-субъединицей; при этом происходит сильная активация дефосфорилированной формы фермента [14]. б'-Субъединица связывается с а- и р-субъединицами киназы фосфорилазы только в присутствии Са2+; этим она отличается от б-субъединицы, которая остается в комплексе с v-субъединицей даже в отсутствие Са2+ [20]. In vitro активаторами киназы фосфорилазы вместо б'-субъединицы могут служить TN-C, а также тропониновый комплекс и даже искусственно полученные тонкие нити, a in vivo роль активатора выполняет, вероятно, TN-C [14, 15]. Таким образом, хотя для активации фермента достаточно взаимодействия Са*+ с б-субъединицей, гораздо более сильная (в 20—30 раз) активация происходит при взаимодействии с TN-C при микромолярных концентрациях С а2*-.
