Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
6. свойства «и регуляция пируваткиназы
Величина отношения действующих масс для пируваткина-зы указывает, что катализируемая этим ферментом реакция сильно удалена от положения равновесия. Однако до настоящего времени недостаточно полно изучены изменения содержания субстрата, фосфоенолпирувата, при изменениях глико-литйческого потока. Если скорость гликолитического потока в летательных мышцах синей мухи при переходе к полету увеличивается почти в 100 раз, то содержание фосфоенолпирувата в этих условиях практически не изменяется [13]. Еще одна проблема состоит в том, что максимальная активность пиру-ваткиназы in vitro значительно превышает активность фосфофруктокиназы (см. табл. 7), т&к что фермент, должно быть,
сильно ингибирован, особенно в условиях, когда мышца находится в состоянии покоя.
При исследовании свойств пируваткиназы in vitro не было лолучено никакой информации, проясняющей вопрос о возможном механизме контроля. Единственное интересное свойство фермента из мышц млекопитающих заключается в том, что он ингибируется под действием АТФ, причем значение Ki равно — 3,5 мМ [44]. Не исключено, что это ингибирование в известной степени ответственно за снижение активности пируваткиназы in situ. Низкое по сравнению с величиной Км (110 мкМ) содержание фосфоенолпирувата" в мышечной ткани (10— 20 мкМ), возможно, также играет роль в снижении активности пируваткиназы in situ. Однако изменения концентраций АТФ и фосфоенолпирувата в процессе мышечной активности довольно малы, и, следовательно, они не могут быть ответственны за отчетливое увеличение активности пируваткиназы в этих условиях. В настоящее время детали механизма регуляции пируваткиназы еще не установлены, и предстоит провести еще очень большую работу по изучению этого фермента (и этой метаболической системы), чтобы получить информацию, достаточную для построения теории регуляции. Следует подчеркнуть, что регуляция пируваткиназы не может контролировать поглощение глюкозы: ингибирование пируваткиназной активности могло бы привести только к накоплению промежуточных продуктов гликолиза на участке от фруктозодифосфата до фосфоенолпирувата.
7. СВОЙСТВА И ТЕОРИЯ РЕГУЛЯЦИИ
ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗНОГО КОМПЛЕКСА
Эксперименты с изолированным перфузируемым сердцем и изолированной диафрагмой крысы показали, что окисление пирувата ингибируется окислением жирных кислот или кетоновых тел [45]. Первым ферментом, участвующим в утилизации пирувата, является пируватдегидрогеназный комплекс, превращающий пируват в ацетил-КоА с участием тиаминпиро-фосфата, липоевой кислоты и липоатдегидрогеназы. Активность пируватдегидрогеназы ингибируется под действием аце-тил-КоА (конкурентно по отношению к КоА) [46]. Это свойство лежит в основе теории регуляции пируватдегидрогеназы жирными кислотами и кетоновыми телами: окисление этих соединений увеличивает отношение концентраций ацетил-КоА/КоА. Доказательство этой теории получено в экспериментах с изолированным сердцем крысы, перфузируемым жирными кислотами или кетоновыми телами; в этих экспериментах отношение [ацетил-КоА]/[КоА] значительно увеличивалось
(табл. 13). Более того, отношение [ацетил-КоА]/[КоА] увеличено в сердечной мышце животных, страдающих аллоксано-вым диабетом, для которых в опытах с перфузией обнаружено также ингибирование окисления пирувата. [45].
Окисление жирных кислот увеличивает содержание аце-тил-КоА и цитрата и уменьшает содержание КоА. Эти изменения регулируют активность фосфофруктокиназы и пируватде-гидрогеназы; регулирование фосфофруктокиназы приводит к изменению концентрации глюкозо-6-фосфата, который в свою очередь регулирует активность гексокиназы. Таким образом, за исключением пируваткиназы, все ферменты, катализирующие неравновесные реакции от глюкозы до стадии, в которой происходит включение продуктов ее превращения в цикл три-карбоновых кислот, регулируются окислением жирных кислот. Очевидно, это, представляет собой согласованный механизм, не только осуществляющий регуляцию скорости гликолитиче-ского потока, но также контролирующий поддержание стационарных концентраций промежуточных соединений гликолиза. Поддержание стационарных концентраций этих соединений важно, поскольку часто они служат предшественниками для других реакций (например, глицерол-1-фосфат, участвующий и в глицерофосфатном цикле и в синтезе триглицеридов). Некоторые промежуточные продукты являются также участниками равновесных процессов, в которые вовлечены важные кофакторы (например, АДФ и АТФ в фосфоглицераткиназной реакции; НАД+ и НАД-Н в лактатдегидрогеназной реакции).
В недавно опубликованной работе показано, что пируват-дегидрогеназа может существовать в двух взаимопревращаю-щихся формах, одна из которых обладает каталитической активностью, а другая неактивна [47]. Возможно, что фосфоки-наза и фосфатаза также являются взаимопревращающимися ферментами, хотя они и не были получены в очищенном виде. Фосфорилирование пируватдегидрогеназы приводит к ее инактивации, тогда как дефосфорилирование приводит к образованию активной формы фермента. Эти взаимопревращения до некоторой степени сходны с взаимопревращениями, которые претерпевает УДФГ-глюкозилтрансфераза и которые обсуждаются подробно в гл. 4. Механизмы регуляции взаимопревращения этих ферментов еще неизвестны, однако вполне возможно, что фосфорилирование пируватдегидрогеназы стимулируется энергетическим состоянием митохондрий, так что, когда отношение [АТФ]/[АДФ] достигает определенного уровня, скорость образования ацетил-КоА из пирувата резко ингибируется. Явление взаимопревращения ферментов обеспечивает более высокую чувствительность регуляторной системы по сравнению с системой, основанной на равновесном связы-
