Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
сАМР
I
Рис. 4.15. Синтез и деградация Фр2,6Ф в печенн; регуляция этих процессов глюкагоном и метаболитами; Фр2,6Ф — фруктозо-6-фосфат; (—)—ингибирование; ( + )—активация.
вация Фр2,6Фазы, и внутриклеточное содержание Фр2,6Ф быстро падает (рис. 4.15). Это в свою очередь приводит к ингибированию ФФрК-1 и активации Ф1,6Фазы, в результате чего стимулируется глюконео-генез и становится возможным превращение гликогена в глюкозу, а не в продукты гликолитического пути.
Образование и разрушение Фр2,6Ф катализируется бифункциональным ферментом, имеющим обе активности — ФФрК-2 и Фр2,6Фазу. Фосфорилирование определенного остатка приводит к ингибированию ФФрК-2 и активации Фр2,6Фазы [55]. Эта ситуация не уникальна. Например, показано, что протеинкина-за и фосфатаза, вызывающие инактивацию и реактивацию изоцитратдегидрогеназы у Е. coli (катализирующей важную реакцию глиоксилатного цикла), сформирован одной полипептидной цепью [56]. У Е. coli известен еще один бифункциональный фермент, катализирующий аденилирование и деаденили-рование глутаминсинтетазы (гл. 5). Подобная ситуация благоприятна в отношении регуляции, поскольку ферменты, катализирующие «противоположные» реакции, могут регулироваться реципрокно либо путем фосфорилироваиия, либо с помощью аллостерических эффекторов. Например, фруктозо-6-фосфат — субстрат
ФФрК-2 ингибирует Фр2,6Фазу (рис. 4.15); активность этих двух ферментов регулируется также другими метаболитами [54].
Пируваткиназа катализирует последнюю необратимую реакцию гликолиза, в результате которой из фос-фоенолпирувата (ФЕП) и ADP образуются пируват и АТР. В процессе глюконеогенеза ФЕП синтезируется из пирувата через оксалоацетат в результате действия двух митохондриальных ферментов — пируват-карбоксилазы и ФЕП-карбоксикиназы. Так как максимальная активность пируваткиназы очень высока (по сравнению с активностью ферментов глюконеогенеза), она должна эффективно регулироваться. Зависимость активности пируваткиназы от концентрации ФЕП имеет сигмоидный характер (рис. 4.16). АТР и некоторые аминокислоты, например аланин и фенилаланин, конкурируют с ФЕП, смещая кривую вправо; при этом ее сигмоидность становится более выраженной. Действие Фр1,6Ф вызывает смещение кривой влево, а по форме она в этом случае приближается к
Рис. 4.16. Зависимость активности пируваткиназы печени крысы от концентрации ФЕП.
Белые и черные символы обозначают активность фермента в отсутствие и в присутствии Фр-1,6-Ф2 (5 мкМ) соответственно.
Д—А, '±—А нефосфорилированиая пируваткиназа; О—О, #—# фосфорилированная пируваткиназа [57].
Фр1.6Ф, мкМ
Рис. 4.17. Зависимость активности пируваткииазы печени крысы от концентрации Фр1,6Ф в присутствии (черные символы) и в отсутствие (белые символы) АТР (1,5 мМ) и аланииа (0,5 мМ). Концентрация ФЕП —0,2 мМ, А—А, А—А — нефосфорнлиро-ваииый фермент; О—О, #—О — фосфорилироваиный фермент [57].
гиперболе; в результате эффективность действия фермента при низких концентрациях ФЕП становится значительно большей. Аналогичные соотношения были описаны в гл. 2 для треониндезаминазы и АТКазы. Регуляция пируваткиназы с помощью Фр1,6Ф служит еще одним примером активации по типу «опережающей» связи. Таким образом, ингибирование ФФрК-1 и активация Фр1,6Фазы, происходящие в ответ на действие глюкагона, снижают концентрацию Фр1,6Ф, что в свою очередь приводит к уменьшению активности пируваткиназы. Этот эффект усиливается при фосфорилировании пируваткиназы, что сопровождается увеличением Км для ФЕП и Ка. для Фр1,6Ф (рис. 4.17) и снижением К% для АТР и аланина [57].
Аланин, фенилаланин и другие аминокислоты выступают как потенциальные ингибиторы пируваткиназы, поскольку они являются предшественниками глюкозы в процессе глюконеогенеза. сАМР-ПК фосфори-лирует и активирует фенилаланингидроксилазу — первый фермент на пути деградации фенилаланина и тирозина, ведущем к образованию глюконеогенных предшественников.
4.8.3. Синтез и окисление жирных кислот в печени
После приема пищи (низкая величина отношения глюкагон/инсулин) глюкоза в цитоплазме превращается в пируват, а затем в митохондриях через ацетил-СоА — в цитрат. Это соединение транспортируется обратно в цитоплазму и расщепляется там до ацетил-СоА; далее происходит синтез длинноцепочечных жирных кислот. Процесс .начинается с превращения ацетил-СоА в малонил-СоА, катализируемого ацетил-СоА—карбоксилазой. Для функционирования данного фермента абсолютно необходим цитрат [58] — это еще один пример активации по типу опережающей связи, аналогичный рассмотренным выше примерам регуляции гликогенсинтазы с помощью Г6Ф или пиру-ваткиназы с помощью Фр1,6Ф.
В состоянии насыщения окисление жирных кислот, по-видимому, прекращается, поскольку уровень мало-нил-СоА повышается, а это соединение является эффективным ингибитором карнитин-ацилтрансферазы-1 (КАТ). КАТ-1 локализована на внешней поверхности внутренней мембраны митохондрий и катализирует образование жирнокислотных эфиров карнитина. Это первая стадия в транспорте жирных кислот в митохондриальный матрикс, где они подвергаются окислению [59].
