Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
То, что активация фосфорилазы оказалась связанной с фосфорилированием и происходила при участии киназы, которая, вероятно, переносила фосфатную группу на белок фосфорилазы, свидетельствовало о том, что инактивирующий фермент действует как фосфатаза (т. е. фермент, освобождающий фосфат, phosphate-releasing — опять PR). После его частичной очистки было показано, что он катализирует следующую реакцию фосфатазного типа:
Фосфорилаза а+4НаО -----*¦ 2 Фосфорилаза 6+4Фн.
Существование двух форм фосфорилазы, различных по своей каталитической активности и способных к ферментативному взаимопревращению, наводило на мысль, что они участвуют в механизмах регуляции гликогенолиза в мышечной ткани. Однако в ранний период изучения фосфорилазы при определении ее активности в экстрактах мышц всегда оказывалось, что она находится в форме а — даже в тех случаях, когда экстрагировали покоящуюся мышцу, в которой, как известно, гликоген не подвергается расщеплению.
Фишер и Кребс поняли, что для верной оценки распределения обеих форм фосфорилазы в мышце совершенно необходимо подавить действие взаимопревращающих ферментов во время экстрагирования мышечной ткани. В результате изучения свойств этих ферментов были найдены подходящие ингибиторы: фосфатазу тормозили фторид-ионы, а киназу — эти-лендиаминтетраацетат (ЭДТА), который связывал необходимые для реакции ионы Mg2+. Оказалось, что в таких условиях экстракты многих мышц содержали форму Ь в количестве, составлявшем более 90% всей фосфорилазы [9].
Была предложена теория, согласно которой фосфорилаза Ь всегда представляет собой неактивную форму фермента, которая всякий раз, когда возникает потребность в гликогенолизе* должна превращаться в фосфорилазу а [6]. Хотя эта теория объясняла многие из известных фактов, в начале шестидесятых годов ее пришлось несколько видоизменить с учетом новых экспериментальных данных. Эти новые эксперименты и видоизменение теории будут описаны в следующем разделе, а дальнейшие результаты изучения взаимопревращающих ферментов мы рассмотрим позже — в разд. Г.
В. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФОСФОРИЛАЗЫ Ь В МЫШЦЕ
Простая теория о регуляции активности фосфорилазы путем взаимопревращения двух ее форм основывалась на предположений, что фосфорилаза b при всех условиях неактивна* хотя Кребс и Фишер в своей обзорной статье в 1962 г. [6] сделали некоторые оговорки относительно этого предположения. Как показали ранние работы супругов Кори, фосфорилазу Ъ можно активировать с помощью АМФ (при концентрации АМФ около 10-5 М активация достигала 50%), но примерно до 1960 г. полагали, что уровень АМФ в мышце всегда ниже 10~5 [9]. Поэтому обнаруженное действие АМФ представлялось нефизиологическим, и можно было думать, что в мышце фосфорилаза Ъ неактивна. Эту теорию пришлось видоизменить, так как эксперименты трех различных типов указывали на возможную активность фосфорилазы Ъ в мышце.
а. Разработка метода быстрого замораживания и ферментативных методов определения концентраций метаболитов в тканях позволила в конце пятидесятых годов уточнить представления о концентрациях АМФ в мышце [10]. Оказалось, что содержание АМФ в скелетных мышцах составляет около 0,1 мкмоль на 1 г свежей ткани (т. е. 10-4 М). А поскольку уже при 10-5 М АМФ активность фосфорилазы b достигала 50% максимальной величины, эта форма должна быть всегда активной даже в покоящейся мышце. Однако очевидно,
что этого не может быть, так как во время покоя гликоген ¦совсем или почти совсем не расщепляется.
б. Была найдена линия мышей (линия I), у которых мышцы не содержат киназы фосфорилазы Ъ, так что превращение •формы & в форму а в этих мышцах невозможно. Поэтому, согласно теории, гликоген мышц у них не должен был бы расщепляться. Однако вынужденная физическая работа (плава- ' ние в ведре с водой) [11] или электрическая стимуляция мышц in vitro [12] приводила к истощению запасов гликогена,
в. В экспериментах с перфузируемым сердцем было весьма убедительно показано, что при определенных условиях фосфорилаза Ъ должна быть активной. При перфузии изолированного сердца крысы глюкозой в нем нельзя было обнаружить гликогенолиза, и в полном соответствии с этим было установлено, что 98% фосфорилазы находится в форме Ъ (табл. 19). При добавлении гормона глюкагона, стимулирующего распад гликогена, 44% фосфорилазы Ъ превращалось в форму а. Однако при анаэробиозе гликогенолиз активировался в большей степени, чем под действием глюкагона, хотя превращение •фосфорилазы b в фосфорилазу а было незначительным (16%). Из этого очевидно, что анаэробные условия приводили к активации фосфорилазы ft,-так что обе формы, а и Ъ, были активны.
Таблица 19
Влияние глюкагона и анаэробиоза на содержание гликогена и фосфорилазы в перфузируемом изолированном сердце крысы1 [13]
Аэробане условии
Измеряемый показатель контроль глюкагон Анаэробные
условия
Содержание гликогена, мг на 1 г 13,5 8,0 3,5
