Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
|[ 17].) В опытах с синей мухой уста- |
навили, что полет приводит 'к выраженной стимуляции гликолиза (почти в 100 раз), но концентрация фосфое-ноллирувата при этом изменяется незначительно '[15].' Для 100-кратного увеличения активности пируваткиназы потребовалось бы более значительное увеличение концентрации субстрата, но поскольку большого увеличения содержания фосфоенолпирувата ® этих условиях не происходит, возникло предположение, что активность фермента 'регулируется другими факторами.
оке
I
-6-
Jf
Глюкоза
Г-6-Ф
Ф-6-Ф
ФДФ
-II
6. РЕЗЮМЕ
Возможные регуляторные: реакции гликолиза в мышечной ткани кратко суммированы на рис. 22.
Г. СВОЙСТВА РЕГУЛЯТОРНЫХ ФЕРМЕНТОВ И ТЕОРИИ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ РЕГУЛЯЦИИ
1. ВВЕДЕНИЕ
Следующим этапам после идентификации регуляторных ферментов является идентификация контролирующих факторов. Контролирующие факторы могут быть раскрыты в процессе систематического изучения in vitro свойств .предполагаемых регуляторных ферментов. На: основании этих свойств могут быть созданы теории, которые впоследствии подвергаются проверке.
г-з-ф
II
Г-1,3-4
Л
ДОАФ
3-фосфоглицерат
2-фосфоглицерат
11
ФЕП
I 4
Пируват
Рис. 22. Регуляция гли-колитических реакций, в мышце.
/ — транспорт глюкозы; - 2 — гексокии аза; 3 — фосфофрук-токнназа; 4 — пируваткиназа»
Бели результаты такой проверки противоречат теории, 'свойства ферментов должны быть исследованы повторно, а теория видоизменена и вновь подвергнута проверке. В дальнейшем обсуждении мы сконцентрируем свое внимание на- гексо-киназе и фосфофруктокиназе мышечной ткани по той простой причине, что на примере этих ферментов можно хорошо проиллюстрировать метод приближения. Акцентирование внимания на этих двух ферментах отнюдь не означает, что они играют первостепенную роль в регуляции скорости гликолиза из внеклеточной глюкозы или гликогена. Главной лимитирующей стадией гликолиза в мышечной ткани нз глюкозы может оказаться перенос глюкозы через клеточную мембрану — процесс, о котором до сих пор известно очень мало. С другой стороны, главная лимитирующая стадия гликолиза из гликогена может быть локализована на уровне фосфорилазы, механизм регуляции которой описан в гл. 4. Однако регуляция гликолиза из внутриклеточной глюкозы и глюкозо-6-фосфата происходит на уровне гексакиназы и фосфофруктокиназы соответственно.
2. свойства фосфофруктокиназы
И РЕГУЛЯЦИЯ «ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ СТАТУСОМ» КЛЕТКИ
Детально свойства фосфофруктокиназы, которые представляются ценными с точки зрения метаболической регуляции, будут описаны в последовательности, отражающей историю открытия регуляторного механизма. Следует подчеркнуть, что физиологическая теория регуляции гликолиза не включает в себя сведений о молекулярном механизме регуляции фосфофруктокиназы; для физиологической теории вполне достаточно, чтобы метаболический интермедиат, который изменяет активность фермента, делал это обратимо и в концентрациях, близких к физиологическим. Правомочность оснований на таких свойствах теории зависит от теоретического и экспериментального подтверждения физиологической (ив гораздо меньшей степени — молекулярной) природы процесса.
Для построения теории регуляции гликолиза имеют значение следующие свойства фосфофруктокиназы: она ингибируется АТФ в концентрациях, превышающих оптимальную (рис. 23, А), и это ингибирование снимается АМФ, Фн фрук-тозодифосфатом или фруктозо-6-фосфатом [20, 21] (рис. 23). Зависимость активности от концентрации фруктозо-6-фосфата в присутствии ингибирующих концентраций АТФ описывается сигмоидной кривой (рис. 23, Б). Эти свойства могут быть объяснены с помощью кинетического механизма, аналогичного тому, который был предложен Фердинандом, или с помощью ме-
ханизма, основанного на равновесном присоединении АТФ к белку с различной конформацией (см. гл. 2). В настоящее время мы не располагаем достаточной информацией для того,
А
Б
Рис. 23.
А. Зависнмость фосфофруктокиназной активности от концентрации АТФ в присутствии и в отсутствие АМФ. Б. Зависимость фосфофруктокиназной активности от концентрации фруктозо-6-фосфата в присутствии неингибирукицих (/) и ингибирующих (2)
концентраций АТФ.
чтобы сделать выбор между этими двумя возможными механизмами. Тем не менее из опытов по десенсибилизации можно заключить, что фосфофруктокиназа обладает одним каталитическим центром для АТФ и по крайней мере одним регуляторным центром [22].
и) Проблемы, связанные с регуляцией
фосфофруктокиназы АТФ
Можно предложить простую теорию гликолйтического контроля, основанную исключительно на ингибировании фосфо-фруктокиназной реакции под действием АТФ. Согласно этой теории, АТФ контролирует скорость своего образования (в гликолизе или в цикле трикарбоновых кислот) за счет ингибирования фосфофруктокиназы по механизму типа обратной связи. Такого рода простая система с замкнутым контуром должна функционировать следующим образом: когда использующие АТФ реакции стимулируются (например, при увеличении сократительной активности), содержание АТФ должно уменьшаться, и это должно привести к стимуляции фосфофруктокиназы (рис. 24), что в свою очередь приведет к стимуляции гликолиза и увеличению скорости синтеза АТФ для того, чтобы обеспечить возросшие энергетические потребности. В соответствии с этой теорией в условиях, когда скорость ути-, лизации АТФ невелика, его содержание должно' быть высоким (например, в покоящейся мышце), но при высокой скорости утилизации энергии содержание АТФ должно быть низким (например, в процессе сокращения). Однако уже на протяжении многих лет известно, что в условиях повышенной механической активности, когда энергетические затраты увеличиваются во много раз, значительного уменьшения содержания АТФ в ткани не происходит. (В самом деле, невозможность обнаружить изменение содержания АТФ в мышцах при индуцированном электрической стимуляцией сокращении заставила А. Хилла [23] в 1950 г. обратиться с призывом к биохимикам продемонстрировать, что АТФ в действительности — первичный энергетический интермедиат в процессе мышечного сокращения.) В перфузируемом работающем сердце крысы по сравнению с перфузируемым неработающим сердцем увеличены скорости сокращения, коронарного потока, поглощения кислорода и утилизации глюкозы [24]. Когда сердце заставляли работать, поток через фосфофруктокиназную реакцию возрастал в четыре раза, тогда как содержание АТФ уменьшалось только на 16% (табл. 9). И аналогичный пример: когда синюю муху заставляли летать, наблюдалось почти 100-кратное увеличение скорости потока через гликолиз (и, следовательно, через фосфофруктокиназную реакцию), при этом содержание АТФ уменьшалось только на 10% (табл. 9) [25]. Вопрос заключается в том, могло ли такое малое изменение содержания АТФ привести к достаточной стимуляции активности фосфофруктокиназы. Ответ на этот вопрос мог ‘бы быть получен при анализе экспериментально измеренной
