Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
вании регулятора с ферментом (см. гл. 2, разд. Е.2, а. 2). Необходимость в чувствительном механизме регуляции пируват-дегидрогеназы определяется тем, что активность фермента зависит (по принципу обратной связи) от величины внутримито-хондриального отношения [АТФ]/[АДФ], а изменения этого отношения строго ограничены условиями эффективного переноса энергии.
Таким образом, похоже, что существуют по крайней мере два различных способа регуляции пируватдегидрогеназы: ферментативное взаимопревращение форм и равновесное связывание ацетил-КоА. В настоящее время неизвестно, связаны ли между собой эти два механизма. Заманчиво предположить, что фосфорилированная форма (неактивная) пируватдегидрогеназы очень чувствительна к величине отношения [аце-тил-КоА]/[КоА] и активна, если только концентрация КоА высока, а концентрация ацетил-КоА низка: нефосфорилиро-ванная форма фермента должна быть значительно менее чувствительной- к величине этого отношения. Такой совместный механизм обеспечил бы простую регуляцию активности фермента, основанную на изменениях концентраций ацетил-КоА и КоА, и более утонченный и чувствительный контроль, зависимый от изменений энергетического состояния митохондрий. Такой механизм был бы еще одним примером гибкости механизмов биологической регуляции.
Д. РЕГУЛЯЦИЯ ЦИКЛА ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
1, ИДЕНТИФИКАЦИЯ РЕГУЛЯТОРНЫХ ФЕРМЕНТОВ
Одна из основных проблем при формулировании теорий контроля цикла трикарбоновых кислот сведится к идентификации регуляторных ферментов. Трудно даже установить, какая из реакций является неравновесной. Можно рассчитать значения отношений действующих масс для многих реакций, но интерпретация таких данных представляет большую трудность. Многие из компонентов цикла трикарбоновых кислот присутствуют одновременно как внутри, так и вне митохондрии, и величина отношения действующих масс включает в себя оба пространства. Однако реакции цикла трикарбоновых кислот протекают внутри митохондрий, и при расчете, следовательно, должны приниматься во внимание только внутри-митохондриальные концентрации компонентов цикла. Так как количественное распределение метаболитов (например, цитрата, ацетил-КоА, КоА, оксалоацетата) между митохондриями и цитоплазмой неизвестно, точные значения отношения действующих масс не могут быть рассчитаны. Поскольку начальные реакции цикла трикарбоновых кислот участвуют в регуляций
концентрации цитрата и поскольку о регуляции последних стадий известно мало, данное обсуждение будет сконцентрировано на регуляции активности цитрат-синтазы и изоцитрат-дегидрогеназы. (В общем считается, что аконитаза катализирует близкую к равновесию реакцию, хотя при интерпретации величины отношения действующих масс и возникают некоторые проблемы.) Существуют два фермента, катализирующие ¦окислительное декарбоксилирование изоцитрата: НАД+-зави-симая изоцитратдегидрогеназа (НАД+-ИЦДГ) и НАДФ+-за-висимая изоцитратдегидрогеназа (НАДФ+-ИЦДГ); их присутствие также затрудняет интерпретацию экспериментальных данных.
Вызывает удивление, что до настоящего времени уделялось мало внимания определению максимальных активностей ферментов цикла трикарбоновых кислот. Лишь недавно было проведено сравнительное изучение активностей цитрат-синтазы, НАД+-изоцитратдегидрогеназы и НАДФ+-изоцитратдегид-рогеназы. в мышечной ткани. Результаты этого исследования включены в табл. 16 [50].
В большинстве случаев активность цитрат-синтазы почти в 5 раз превышает активность НАД+-изоцитратдегидрогеназы. В летательных мышцах насекомых активность НАД+-изоци-тратдегидрогеназы обычно во много раз превышает активность НАДФ+-фермента; при этом даже суммарная активность изо-цитратдегидрогеназы значительно ниже цитрат-синтазной активности. Максимальную активность цикла трикарбоновых кислот в летательных мышцах некоторых насекомых можно установить, определяя поглощение кислорода в процессе полета. Как показывают полученные результаты, активность НАД+-изоцитратдегидрогеназы лишь незначительно превышает то ее значение, которое можно предсказать по результатам определения максимального поглощения кислорода (табл. 16). Из этого следует, что по крайней мере в летательных мышцах насекомых изоцитратдегидрогеназа катализирует неравновесную реакцию, тогда как цитрат-синтаза катализирует равновесную реакцию. У позвоночных животных дело осложняется тем, что в любой мышечной ткани активность НАДФ+-изоци-тратдегидрогеназы обычно значительно превышает активность НАД+-изоцитратдегидрогеназы, и суммарная активность двух ферментов может быть близка к активности цитрат-синтазы. Более того, ранние работы указывали, что в цикле трикарбоновых кислот участвует только НАД-изоцитратдегидрогеназа, тогда как, согласно сравнительным исследованиям, проведенным недавно, в цикле трикарбоновых кислот функционируют обе изоцитратдегидрогеназы. Результаты измерения скорости потребления кислорода летакшцш голубем и плавающей фо-
Таблица 16
Активности цитрат-сиитазы, НАД+- и НАДФ+-изоцитратдегидрогеназы и максимальные активности цикла трикарбоновых кислот (рассчитаны по поглощению кислорода) в мышцах насекомых и позвоночных1
