Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
¦г) Вторичное доказательство теории усиления контроля
фосфофруктокиназы
Данные, описанные в предыдущем разделе, свидетельствуют в пользу постулированной теории регуляции гликолиза. Однако эти данные носят косвенный характер. Они не доказывают, что теория верна; они всего лишь не противоречат теории. Чтобы получить более прямые данные, концентрацию регулятора необходимо измерить в непосредственном окружении фосфофруктокиназы в клетке или же исследовать свойства этого фермента в более физиологических условиях (например, при концентрации 1 мг/мл). Такие исследования в настоящее время неосуществимы по причинам методического характера. Интересно, что, возможно, наиболее веские доводы в пользу рассматриваемой теории получены из наблюдений, которые описаны как вторичные данные, являющиеся в действительности еще более косвенными, чем описанное выше первичное доказательство.
1) Осцилляции в гликолизе. Это явление впервые было обнаружено при изучении окислительно-восстановительных превращений пиридиннуклеотидов в интактных дрожжевых клетках. Было обнаружено, что если в анаэробную суспензию дрожжевых клеток добавить глюкозу в определенной концентрации, то начинают происходить затухающие колебания степени восстановленности пиридиннуклеотидов [28]. Проведенные с помощью компьютера кинетические расчеты различных модельных систем [29] показывают, что при определенных концентрациях субстрата и продукта система типа
Положительная
г \ + 1
АТФ АДФ
должна осциллировать, т. е. концентрации субстратов должны увеличиваться до максимума, в то время как концентрации
продуктов будут падать до минимума, а затем произойдет спонтанное снижение концентраций субстратов и накопление продуктов. Этот цикл спонтанно повторяется, при этом индуцируются колебания концентрации продуктов, сдвинутые по фазе на 180° по отношению к колебаниям концентраций субстратов. Активация фосфофруктокиназы продуктом является существенной для протекания спонтанных колебаний особенностью системы. В экстрактах из дрожжей или сердца быка поддерживаемые колебания степени восстановленности пири-диннуклеотидов могут быть индуцированы введением в систему субстрата гликолиза (глюкозой) и добавлением к системе гексокиназы, фосфофруктокиназы или АТФ азы. Одновременно с колебаниями пиридиннуклеотидов с такой же частотой (4— 10 циклов в час) происходят колебания адениннуклеотидов и промежуточных продуктов гликолиза. Анализ фазовых взаимоотношений указывает, что источником осцилляций является фосфофруктокиназная реакция. Более того, в дрожжевых клетках колебания могут быть инициировганы Добавлением глюкозы, фруктозы, глюкозо-6-фосфата или фруктозо-6-фос-фата; добавление фруктозодифосфата или любого другого промежуточного продукта гликолиза, образующегося на одном из этапов, расположенных после фосфофруктокиназной реакции, не вызывает появления колебаний [30, 31]. В экстрактах сердца быка колебания модифицируются факторами, которые влияют на активность фосфофруктокиназы [30]. Все эти данные подтверждают, что роль источника колебаний играет фосфофруктокиназная реакция. Поскольку расчеты; проведенные с учетом показанных в опытах in vitro свойств фосфофруктокиназы, предсказывали существование колебательных процессов, тот факт, что в интактной клетке в процессе глит колиза в действительности происходят колебания, служит веским доводом в пользу теории регуляции . фосфофруктокиназы, основанной на ее свойствах (установленных в опытах in vitro).
Неизвестно, имеют ли эти колебания какое-либо биологическое значение, хотя весьма заманчиво предположить, что распространяющиеся таким путем колебания могли бы лежать в основе циркадного (и других) ритма. Совершенно очевидно, что частота колебаний гликолиза слишком велика для того, чтобы они могли непосредственно обусловливать такие ритмы, но частота основного ритма может быть при этом достаточно низкой. В этом отношении заслуживает внимания следующий факт: мозг, являющийся наиболее важной для генерации ритмичности у высших животных тканью, характеризуется непрерывной потребностью в глюкозе (см. гл. 6). Остается лишь показать, вытекает ли эта потребность из аномальной потреб-
ности в энергии, поставляемой исключительно за счет катаболизма углеводов, или же гликолиз играет в метаболизме мозга более тонкую роль, как, например, генерация ритмов.
2) Роль аденилаткиназы. Теория усиления, описанная выше, предполагает специфическую и, возможно, уникальную роль для ферментативной реакции, катализируемой аденилат-киназой (и состоящей в усилении малых изменений концентрации АТФ). Однако аденилаткиназная реакция известна уже на протяжении многих лет, в то время как теория усиления» объясняющая регуляцию гликолиза, существует сравнительно недавно. Вначале предполагали, что роль аденилаткиназы сводится к превращению АДФ в АТФ во всех случаях, когда концентрация АТФ снижается до критического уровня. В таких экстремальных условиях аденилаткиназа должна была бы катализировать превращение АДФ в АТФ в соответствии с реакцией
2АДФ —»-АТФ + АМФ'
