Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
ДОАФ »1 - _¦ ¦— -------&щерол-1-фосфат
Восстановленный Окисленный
флаеопротеид флаеопротеид
Митохондрия
Рис. 19. Глицерол-1 -фосфатный цикл.
1 — цитоплазматическая глицерол-1-фосфат—дегидрогеназа; 2 — митохондриальная глндерол-1'фосфат—дегидрогеназа; 3 — глицеральдегид-3-фосфат—дегидрогеназа. Г-3-Ф—глицеральдегнд-3-фосфат; ДОАФ — диокснацетонфосфат.
матического и митохондриального) пиридиннуклеотидов, цикл этот должен быть необратимым. Необратимость достигается за счет митохондриальной глицерол-1-фосфат—дегидрогеназ-ной реакции, которая представляет собой неравновесную реакцию. Интересно, что, хотя глицерол-1-фосфат образуется в цитоплазме путем НАД -Н-зависимого восстановления диокси-ацетонфосфата, в митохондриях окисление глицерофосфата включает связанное с флавином восстановление в электрон-транспортной цепи так, что в итоге отношение P/О равно 2 (вместо 3). Этот избыток энергии не запасается в виде АТФ, а теряется в виде тепла, что и обеспечивает неравновесный характер митохондриальной глицерол-1-фосфат—дегидроге-назной реакции и цикла в целом (гл. 1, разд. Б).
В аэробных мышцах позвоночных, где митохондриальная глицерол-1-фосфат—дегидрогеназа обладает очень низкой активностью [1] (табл. 5), глицерол-1-фосфатный цикл, по-видимому, не играет такой важной количественной роли в окислении НАД-Н. Функцию, которую в летательных мышцах насекомых выполняет глицерол-1-фосфатный цикл, в аэробных мышцах позвоночных несет, вероятно, малат-оксалоацетатный
шунт [3]. В этом случае оксалоацетат восстанавливается до малата (а НАД-Н окисляется до НАД+) в цитоплазме с помощью малатдегидрогеназы, а образующийся малат проникает через митохондриальную мембрану и окисляется затем до оксалоацетата митохондриальной дегидрогеназой. Однако в реальных условиях система усложняется из-за следующих двух обстоятельств. Во-первых, проникновение оксалоацетата через митохондриальную мембрану происходит очень медленно. В связи с этим было высказано предположение, что он проходит через мембрану в виде аспартата, участвующего в реакциях переаминирования по обе стороны митохондриальной мембраны (рис. 20). Во-вторых, по обе стороны мембраны функционируют две связанные с НАД+ малатдегидрогеназы, что обусловливает существование обратимого цикла и при-
НАД-К
НАД*
я-Кетаглуяихрат
Оксалоацетат Маяат
Аспартат Тлутамат
Acnapmaht
Тлутамат
а-Кетоглутарат
Оксалоацетат Малат
Митохондрия
НАД'Н
НАД+
. Рис. 20. Малат-оксалоацетатный цикл.
} — малатдегидрогеиаза; 2 — аспартат—аминотрансфераза.
водит к уравновешиванию митохондриального- и цитоплазматического фондов пиридиннуклеотидов. Следовательно, по крайней мере одна реакция цикла должна быть необратимой. Возможно, этой реакцией является транспорт малата в мито--хондрии или выход аспартата из митохондрий.
3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ГЛИКОЛИЗОМ И ЦИКЛОМ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
В анаэробных условиях суммарный энергетический баланс гликолиза составляет 2 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы. Однако в сильно выраженных анаэробных условиях, что для физиологии мышечной ткани является нормой, субстратом гликолиза служит гликоген; в этом случае на один остаток глюкозы образуется 3 молекулы АТФ. В аэробных условиях в мышцах при полном окислении глюкозы образуется 34 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы (или 38 молекул АТФ с учетом митохондриального окисления гликолитичёского НАД-Н). Следовательно, по количеству энергии, образующейся на каждый остаток глюкозы, эффективность аэробного обмена по крайней мере в 10 раз выше.
4. НЕОБХОДИМОСТЬ РЕГУЛЯЦИИ ГЛИКОЛИЗА
Необходимость регуляции гликолиза связана с потребностью поддерживать скорость распада углеводов на уровне, определяемом энергетическими потребностями клетки. Потребность в энергии варьирует от организма к организму и от ткани к ткани. У микроорганизмов необходимость в синтезе АТФ в основном определяется процессами синтеза, связанными с ростом и размножением, и скорости этих процессов должны быть приспособлены к характеру окружающих условий или среды, в которой микроорганизмы растут. На противоположном полюсе биологической организации клетки тканей позвоночных животных подчинены потребностям организма как целого. Эти потребности могут возникнуть в какой-либо конкретной ткани и вызвать неожиданное и резкое увеличение скорости синтеза АТФ. Например, мышечная ткань может быть переведена из состояния покоя в состояние огромной механической активности за доли секунды.
Энергия, необходимая для мышечного сокращения, обеспечивается гидролизом АТФ. Количество АТФ в мышце не очень велико (5—7 мкмоль/г сырого веса мышцы), и расчеты про-
межутка времени, в течение которого такое количество АТФ могло бы обеспечить сокращение мышцы, с очевидностью указывают на необходимость быстрых и контролируемых изменений скорости образования АТФ. Скорость оборота АТФ в мышце в процессе сокращения может быть рассчитана различными способами (см. подробнее в приложении 3.1). Из результатов определения скорости поглощения кислорода летающим насекомым (например, Lucilia sericata) или изолированным перфу-зируемым сердцем крысы можно рассчитать, что суммарный запас АТФ в этих мышцах достаточен для того, чтобы обеспечить сокращение на протяжении 0,1 и 5 с соответственно. Аналогично, зная максимальную скорость гликолиза в белой скелетной мышце, можно рассчитать, что при высокой механической активности общее содержание АТФ в мышце способно обеспечить сокращение на протяжении не более чем одной секунды в отсутствие какой-либо системы регенерации АТФ (приложение 3.1).
