Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
б) Са2+ и регуляция гликолиза
Было высказано предположение, что внутриклеточные механизмы, контролирующие процесс мышечного сокращения, могут быть также включены в регуляцию гликолиза на уровне фосфофруктокиназной, фосфорилазной и, вероятно, гексоки-назной реакций. Регуляция гликолиза адениннуклеотидами в общем может быть описана как «последовательный контроль», тогда как альтернативный механизм может быть обозначен как «параллельный контроль» (рис. 28). Концентрация сарко-плазматического Са2+ обеспечивает связь между нервным возбуждением (электрическая стимуляция) и сокращением: возбуждение вызывает высвобождение Са2+ из саркоплазматиче-ской сети, и концентрация Са2+ в саркоплазме увеличивается в интервале от 10~8 до 10_6 М. Такое увеличение концентрации Са2+ достаточно для того, чтобы активировать миофибрилляр-ную АТФазу и инициировать сокращение. Акт расслабления инициируется поглощением Са2+ саркоплазматической сетью так, что его концентрация в саркоплазме снижается до —ТО-8 М. Таким образом, для того чтобы мог функционировать механизм «параллельного контроля», активности гексо-киназы, фосфофруктокиназы и фосфорилазы должны изменяться под действием Са2+ в концентрациях от 10~8 до ю-6 М.
В самом деле, через ферментативные взаимопревращения активность фосфорилазы хотя и косвенно, но стимулируется ионами Са^ в указанном интервале концентраций. (Детали этого механизма описаны в следующей главе, где обсуждается
регуляция внутриклеточного распределения Са2+ в мышце.) Однако Са2+ в концентрациях от 10-9 до 10~5 М не влияет ни на активности гексокиназы и фосфофруктокиназы, ни на их регуляторные свойства [33]. Следовательно, маловероятно, что физиологические изменения концентрации Са2+ могут влиять на активность этих ферментов in situ. Было показано, что более высокие концентрации Са2+ (10_3 М) ингибируют активность фосфофруктокиназы и гексокиназы, из чего вытекало,
/. Последовательный контроль
Нервное _ Стспашр.ния ь кони?нтптл1и ' - Повышенный
возбуждение —> Сокращение—^ концентрату —> гликмиз
2. Параллельный контроль
Нервное Са2+
Нервное
возбуждение
¦* Сокращение
. Повышенный гликолиз
Рис. 28. Регуляция гликолиза в мышце.
что эти ферменты локализованы в саркоплазматической сети, где концентрация Са2+ в состоянии покоя должна быть порядка 10-3 М. При сокращении, когда концентрация Са2+ в саркоплазматической сети должна падать, гексокииаза и фосфофруктокиназы должны активироваться [34]. О локализации фосфофруктокиназы в саркоплазматической сети свидетельствует лишь один факт: при центрифугировании экстрактов скелетной мышцы лягушки часть активности фосфофруктокиназы обнаруживается во фракции саркоплазматической.сети. Эти эксперименты еще не доказывают, что в интактной мышце фосфофруктокиназа действительно локализована в саркоплазматической сети. Вполне возможно, что в грубых мышечных экстрактах фосфофруктокиназа полимеризуется с образованием больших агрегатов, которые осаждаются вместе с фракцией саркоплазматической сети. Более того, при сравнительном изучении было показано, что, хотя ингибирующее действие Са2+ на эти ферменты характерно для всех типов мышечной ткани, распределение гексокиназы и фосфофруктокиназы между митохондриями, саркоплазматической сетью и саркоплазмой в различных мышцах неодинаково [33]. Гипотеза, согласно которой эти ферменты локализованы внутри эндоплазмати-
ческой сети и могут регулироваться высокими концентрациями Са2+, предсказывает их строго постоянное внутриклеточное распределение в различных мышцах.
в) Субстратный цикл на уровне фосфофруктокиназы
и фруктозодифосфатазы
Фермент фруктозо-1,6-дифосфатаза (ФДФаза) катализирует реакцию
Фруктозо-1,6-дифосфат ——*- Фруктозо-6-фосфат + Фн.
Давно известно, что этот фермент присутствует в печени, где он участвует в системе глюконеогенеза, причем его функция сводится к тому, чтобы обойти энергетический барьер фосфо-фруктокиназной реакции (см. гл. 6). Однако ФДФаза присутствует также в мышечной ткани, где сколько-нибудь существенного глюконеогенеза не обнаружено. Значительные активности ФДФазы найдены в белых скелетных мышцах позвоночных и в летательных мышцах некоторых насекомых. В сердечной мышце, гладкой мускулатуре, в красных мышечных волокнах некоторых позвоночных и в летательных мышцах некоторых насекомых ФДФазная активность не обнаружена.
В пользу предполагаемой роли фруктозодифосфатазы свидетельствуют следующие ее свойства: ФДФаза характеризуется низким значением /См для субстрата —фруктозодифосфата (около 1 мкМ); ФДФаза ингибируется АМФ; максимальная активность мышечного фермента составляет 2—10% максимальной активности фосфофруктокиназы [35]. Эти свойства дают основание расширить теорию регуляции фосфофруктоки-назной. активности адениннуклеотидами. Предполагается, что, когда мышца находится в состоянии покоя и гликолиз протекает с низкой скоростью, активность фосфофруктокиназы ингибирована не полностью и сохраняется значительная остаточная активность, которой «противопоставляется» ФДФазная активность. Считается, что оба фермента одновременно проявляют активность (в покоящейся мышце), катализируя циклическое взаимопревращение между фруктозо-6-фосфатом и фруктозо-1,6-дифосфатом, которое сопровождается непрерывным гидролизом АТФ (рис. 29).
