Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
б) Косвенное подтверждение теории регуляции гексокиназы
и фосфофруктокиназы
Неконкурентный характер ингибирования гексокиназной реакции глюкозо-6-фосфатом играет основную роль в этом согласованном регуляторном механизме. Если бы увеличение внутриклеточной концентрации глюкозы могло стимулировать активность гексокиназы и приводить к увеличению концентрации гексозомонофосфатов, то это позволило бы эффективно «обойти» контроль фосфофруктокиназной реакции адениннук-леотидами (фруктозо-6-фосфат предотвращает ингибирующее действие АТФ; см. рис. 23, Б). Другими словами, гликолитиче-ский поток мог бы изменяться в ответ на изменение внутриклеточной концентрации глюкозы. Однако ингибирование гексокиназы глюкозо-6-фосфатом носит неконкурентный характер, и, следовательно, оно не может быть снято избытком глюкозы1. Это является примером согласованной регуляторной системы, включающей два фермента, причем свойства обоих ферментов таковы, что они обеспечивают эффективную регуляцию метаболического пути в целом и ни один из ферментов в отдельности не эффективен в этом отношении.
На первый взгляд могло бы показаться, что должен существовать значительно более простой регуляторный механизм на основе неконкурентного контролирования гексокиназы аде-ниннуклеотидами. Такой механизм упростил бы регуляцию фосфофруктокиназной реакции, но при этом, когда мышца находилась бы в состоянии покоя, гексокиназа была бы ингибирована и синтеза гликогена не происходило бы. Благодаря же разделению функции гликолитического контроля между фосфофруктокиназной и гексокиназной реакциями остатки глюкозы превращаются в гликоген даже тогда, когда гликолиз частично ингибирован на уровне фосфофруктокиназной реакции. Двойственное действие инсулина — стимуляция транспорта глюкозы (см. разд. В.2.а) и активности УДФГ-глюкозил— трансферазы — подтверждают правомочность этой теории (рис. 27).
Действие инсулина только на транспорт увеличило бы внутриклеточный уровень глюкозы и глюкозо-6-фосфата. Послед-
1 В печени существует путь, позволяющий обойти регуляцию гексоки-назяой реакции глюкозо-6-фосфатом. В этой ткани присутствует фермент глюкокиваза, который не ингибируется глюкозо-6-фосфатом и характеризуется высоким значением Км для глюкозы (10 мМ). Следовательно, этот фермент способен реагировать на изменения концентрации глюкозы в крови (через внутриклеточную концентрацию глюкозы) независимо от концентрации глкжозо-6-фоюфата. Этот механизм подробно обсуждается в гл. 6 (разд. Б.1.).
ний ограничил бы поток через гексокиназную реакцию и снизил бы до минимума скорость синтеза гликогена. Дополнительное стимулирование инсулином глюкозилтрансферазной активности обеспечивает строгое постоянство стационарных концентраций промежуточных продуктов на участке между глюкозой и гликогеном (особенно глюкозо-6-фосфата) и, таким образом, создает оптимальные условия для превращения глюкозо-6-фосфата в гликоген.
Рис. 27. Стимуляция транспорта глюкозы и УДФГ-глкжозилтрансфераэной
активности инсулином.
Стимуляция глюкозилтрансферазы инсулином может осуществляться ие только не* посредственно, но и косвенным путем.
Согласованная регуляторная система гексокиназа — фос-фофруктокиназа представляет собой гибкий механизм регуляции гликолиза, обеспечивающий синтез гликогена в условиях, когда гликолиз ингибирован, и делающий возможной специфическую гормональную и нервную регуляцию фосфорилазы, регулирующей активность фосфофруктокиназы путем изменения концентрации фруктозо-6-фосфата.
4. РАСШИРЕНИЕ ТЕОРИИ КОНТРОЛЯ ФОСФОФРУКТОКИНАЗЫ В МЫШЦАХ АДЕНИННУКЛЕОТИДАМИ
а) Адениннуклеотидная теория
Данные, свидетельствующие в пользу теории регуляции фосфофруктокиназы изменениями концентрации адениннукле-отидов, представляются достаточно убедительными. Однако в некоторых экспериментах не удавалось обнаружить каких-либо изменений концентраций адениннуклеотидов, несмотря на
Гликоген
Инсулин-
\
©
УДФГ
11
\
\
Г-1-Ф
. Глюкоза
1люкоза
Клеточная
мембрана
значительные увеличения скорости мышечного гликолиза. Так, электрическая стимуляция изолированной портняжной мышцьг лягушки и задних конечностей кошки in situ вызывает сокра-, щение и увеличивает скорость гликолиза, но статистически достоверных изменений концентраций адениннуклеотидов при этом не обнаруживается' [18, 19, 32]. Более того, скорость гликолиза в летательной мышце синей мухи при переходе к полету увеличивается почти в 100 раз, а концентрация АМФ-в мышце возрастает при этом только в 2,5 раза [15, 25]..Представляется маловероятным, чтобы 2,5-кратное увеличение концентрации регулятора было достаточным для более чем 100-кратного увеличения ферментативной активности при условии» что регуляторный механизм основан на равновесном связывании (см. гл. 2, разд. Е.2). Эти наблюдения вызывают сомнения по поводу простой теории контроля адениннуклеотидами и дают основания для других предположений, два из которых мы рассмотрим ниже.
