Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
сАМР-эависимая протаин киназа (активная)
Ингибитор-1 Ингибитор-1 ЮР
(неактивный) (активный)
1
Протеинфосфатаза-1
(неактивная)
Рис. 4.12. сАМР-зависимая протеиикииаза может инактивировать протеиифосфатазу-1 путем фосфорилироваиия иигибитора-1.
фективно ингибируется белком, называемым ингибитором* 1. Этот белок проявляет ингибирующее действие только после его фосфорилироваиия (по остатку треонина), которое осуществляет сАМР-протеинкиназа (сАМР-ПК) [37] (рис. 4.12). Ингибирование ПрФ-1 по данному пути имеет, вероятно, большое значение при адренергической регуляции метаболизма гликогена [38]. Регуляция активности ПрФ-1 ингибитором-1 позволяет объяснить, как в ответ на адреналин повышается уровень фосфорилазы а (до 70%) даже в покоящейся мышце, в которой концентрация Са2+ меньше или равна 0,-1 мкМ и, следовательно, активность a-формы киназы фосфорилазы составляет только несколько процентов от потенциально возможной (рис. 4.5).
4.7. Регуляция синтеза гликогена
Регуляция синтеза гликогена осуществляется на стадии переноса глюкозильных остатков от уридинди-фосфатглЮкозы (UDP-глюкозы) на гликоген, которая катализиауется гликогенсинтазой. Хотя регуляция активности гликогенсинтазы путем фосфорилирова-ния—дефосфорилирования была выявлена еще в начале 60-х годов [3], только недавно стало ясно, как сложна эта система. В гликогенсинтазе фосфорилиру-ется семь остатков серина; в процессе участвует по крайней мере шесть протеинкиназ, и все семь остатков серина,фосфорилируются in vivo [39—42]. Поскольку фермент образован четырьмя идентичными субъедини-
цами (Л/г=86ООО), число возможных фосфорилиро-ванных форм очень велико. Распределение участков фосфорилирования по пептидной цепи показано на рис. 4.13. Участки la, 1 b и 2 фосфорилируются сАМР-ПК, а участок 2 — киназой фосфорилазы, кальмоду-лин-завиеимой киназой гликогенсинтазы и кийазой-4 гликогенсинтазы (КГС-4). Участки (За + ЗЬ + Зс) фосфорилируются киназой-3 гликогенсинтазы (КГС-3), а участок 5 — киназой-5 гликогенсинтазы (КГС-5).
Фосфорилирование любого из участков приводит к уменьшению активности гликогенсинтазы, но в разной степени для разных участков. По мере увеличения степени фосфорилирования заметно повышается величина Кы для UDP-глюкозы [43], причем при фосфори-лировании участков (За + ЗЬ + Зс) Км увеличивается больше, чем при фосфорилировании участка 2 или 1а. Эти эффекты аддитивны, и при фосфорилировании всех пяти участков наблюдается значительное увеличение Км- Влияние фосфорилирования может компенсироваться аллостерическим активатором глюкозо-6-фосфатом (Г6Ф), который снижает Кш для UDP-глюкозы. Важно отметить, что при фосфорилировании увеличивается /Са для Г6Ф и уменьшается Ki для ингибиторов (например, Рц), которые выступают в качестве антагонистов активатора Г6Ф).
При фосфорилировании участков lb и 5 кинетические свойства гликогенсинтазы существенно не меняются.
4.7.1. Регуляция синтеза гликогена в период мышечного сокращения
В участке 2 гликогенсинтаза может быть фосфори-лирована двумя Са2*, кальмодулин-зависимыми про-теинкиназами. Одна из них — киназа фосфорилазы [44], а другая — особый фермент, который не способен превращать фосфорилазу b в a [42]. Эти данные показывают, что ионы кальция не только активируют гликогенолиз, но одновременно ингибируют синтез гликогена. При физиологических концентрациях фос-
форилазы (^80 мкМ) и гликогенсинтазы (е^З мкМ) киназа фосфорилазы фосфорилирует преимущественно первый фермент. В связи с этим высказано предположение, что в период сокращения Са2+, кальмодулин-зависимая киназа гликогенсинтазы фосфорилирует участок 2 гликогенсинтазы, а киназа фосфорилазы атакует этот участок только после завершения превращения фосфорилазы b в а [42]. Однако еще не было показано, что при мышечном сокращении происходит увеличение степени фосфорилирования участка 2 in vivo. Если такое увеличение все-таки происходит, то ему может «противодействовать» увеличение скорости дефосфорилирования в результате уменьшения содержания гликогена (см. разд. 4.7.4).
4.7.2. Ингибирование синтеза гликогена адреналином \41\
Содержание фосфата в гликогенсинтазе в отсутствие адреналина составляет менее трех остатков на субъединицу, а при действии максимально эффективной дозы этого гормона — более пяти остатков. Фосфо-рилирование участков 1 а и 1 b увеличивается на 0,25 остатка на субъединицу, участка 2 — примерно на 0,6, а участков (За+ЗЬ+Зс)—на 1,2.
Следовательно, ингибирование гликогенсинтазы адреналином можно считать результатом увеличения степени фосфорилирования участков (За + ЗЬ+Зс) и в меньшей степени фосфорилирования участков 2 и 1а.
Влияние адреналина опосредованно; в качестве действующего агента выступает сАМР, однако последний не изменяет активности КГС-3. Следовательно, увеличение степени фосфорилирования участков (За+ЗЬ + Зс) обусловлено ингибированием протеин-фосфатазы-1. Один из механизмов такого ингибирования — это фосфорилирование ингибитора-1 (рис. 4.12). Кроме того, в условиях высокой концентрации фосфорилазы а, образовавшейся в ответ на действие адреналина, скорость дефосфорилирования гликогенсинтазы снижается и в результате простой конкуренции за проте’инфосфатазу-1. Ввиду более высокой концентра-
