Регуляция ферментативной активности - Коэн Ф.
Скачать (прямая ссылка):
В состоянии голода (высокая величина отношения глюкагон/инсулин) ацетил-СоА—карбоксилаза фосфо-рилируется сАМР-ПК, что приводит к снижению Ушах и увеличивает КЛ для цитрата [9, 58]. Это снижает синтез малонил-СоА (и длинноцепочечных жирных кислот) и, следовательно, ослабляет ингибирование КАТ-1; в результате жирные кислоты (образующиеся в основном при гидролизе триглицеридов в жировой ткани; разд. 4.8.1) окисляются до ацетил-СоА.
Хотя в состоянии голода превращение глюкозы в пируват заторможено вследствие ингибирования ФФрК-1 и пируваткиназы, пируват образуется в зна-чительнрм количестве в результате распада глюкогенных аминокислот, например аланина и серина, а так-
же из лактата. Образованию ФЕП способствуют два обстоятельства. Во-первых, при ускорении превращения жирных кислот в ацетил-СоА в митохондриях повышаются величины отношений ацетил-СоА/СоА и NADH/NAD, что приводит к активации киназы пиру-ватдегидрогеназы. Это вызывает фосфорилирование пируватдегидрогеназного комплекса (по трем остаткам серина) и переводит его в неактивное состояние [60, 61]. Во-вторых, ацетил-СоА является аллостери-ческим активатором пируваткарбоксилазы.
4.8.4. Регуляция сокращений сердечной мышцы адреналином
Весьма вероятно, что реакции фосфорилироваиия— дефосфорилирования играют роль в регуляции таких процессов, как мышечное сокращение, секреция, транспорт веществ через мембраны, передача нервных импульсов и сенсорное восприятие, рост и дифференци-ровка, индукция синтеза белков и их деградация. Исследования соответствующих регуляторных механизмов осложняются отсутствием достаточно полных данных о молекулярной природе самих процессов. Однако важная роль сАМР-ПК была показана в ряде случаев, например при регуляции адреналином сокращений сердечной мышцы.
Адреналин, как известно, увеличивает силу и частоту сердечных сокращений, а также скорость расслабления. Эти эффекты связаны с изменением концентрации Са2+ в цитозоле и фосфорилированием, осуществляемым сАМР-ПК [62, 63]. Фосфорилирование TN-I в мышце сердца снижает сродство TN-C к ионам Са2+, фосфорилирование фосфоламбана в саркоплаз-матическом ретикулуме сердечной мышцы увеличивает скорость поглощения Са2+ пузырьками ретикулума, а фосфорилирование Са2+-АТРазы в плазматической мембране приводит к увеличению выхода кальция из цитозоля во внеклеточное пространство. Эти три реакции, по-видимому, лежат в основе увеличения скорости расслабления сердечной мышцы под влиянием адреналина.
Увеличение силы и частоты сокращения достигает* ся в результате сАМР-зависимого фосфорилирования одного или нескольких белков в плазматической мембране. Это приводит к активации (в 3—4 раза) «медленных» Са2+-каналов и к увеличению скорости притока Са2+ в клетки сердечной мышцы из внеклеточного пространства [63].
4.8.5. Субстратная специфичность сАМР-ПК [34, 64, 65]
Число физиологических субстратов сАМР-ПК достаточно велико, однако этот фермент весьма специфичен, поскольку с высокой скоростью фосфорилирует лишь небольшое число белков. Даже в случае физиологических субстратов фосфорилированию подвергаются один или два остатка из большого числа потенциально доступных остатков серина и треонина. Природа специфичности фермента стала яснее после того, как было установлено, что участкам фосфорилирования обычно предшествуют две расположенные рядом основные аминокислоты (табл. 4.1). Эта структурная особенность, как теперь известно, необходима для распознавания участка фосфорилирования.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что белки могут приобретать «чувствительность» к гормонам в результате очень немногочисленных мутаций. Так, например, если в результате мутаций в белке по соседству окажутся два остатка аргинина и они будут находиться рядом с остатками серина или треонина (в направлении N-конца), локализованными в доступной области поверхности белковой молекулы, то остатки серина или треонина будут фосфорилироваться in vivo сАМР-ПК. Если влияние фосфорилирования на функцию белка биологически выгодно, то мутация сохранится и распространится во всей популяции.
4.9. Кальмодулин и регуляция функции клеток [9, 18]
В результате нервной и гормональной регуляции в различных клетках наблюдается временное повыше-
Таблица 4.1. Аминокислотные последовательности в окрестности участков фосфорилирования некоторых субстратов сАМР-зависнмой протеинкииазы [67]
Субстрат
Источник
Последовательность
Киназа фосфорилазы (а-субъеднница) Гликогенсинтаза (участок 1а) Пнруваткиназа Ингибитор-1
Киназа фосфорилазы (3-субъединица) Гликогенсинтаза (участок lb) Фенилаланин-гид роксилаза Тропонии-1
Мышца кролика То же
Печень крысы Мышца кролика То же »
Печень крысы Сердце кролика
Phe-Arg-Arg-Leu -Ser (Р) - Не Gln-Trp-Pro-Arg-Arg-Ala-Ser (Р)-Cys Gly-Tyr-Leu-Arg-Arg-Ala-Ser (P)-Val I le-Arg-Arg-Arg -Arg- Pro-Thr (P) -PrO Arg-Thr - Lys-Arg-Ser-Gly-Ser (P)-Val Gly-Ser-Lys-Arg-Ser-Asn-Ser (P)-Val Ser -Arg-Lys- Leu - Ser (P) - Asn Val -Arg-Arg-Ser (P)-Asp
ние концентрации Са2+ в цитоплазме. Этот эффект может быть обусловлен либо ускорением притока Са2+ через плазматическую мембрану (разд. 4.8.5), либо мобилизацией его из внутриклеточных структур, например митохондрий и саркоплазматического ретику-лума. Многие биологические функции ионов кальция осуществляются при участии кальмодулина (или структурно сходных белков, например TN-C) с помощью механизма, аналогичного механизму действия сАМР-ПК (рис. 4.14). Способность кальмодулина функционировать как Са2+-зависимый регулятор активности ферментов обусловлена конформационными изменениями, которые сопровождают связывание Са2+ и приводят к образованию специфических доменов, обеспечивающих связывание кальмодулина со многими ферментами и их активацию (табл. 4.2). Помимо кина-
