Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
сухого веса 2 44 16
Содержание фосфорилазы а, %
1 Сердце перфузировали в течение 12 мин, н контрольные величины для глихоге-«а и фосфорилазы а относятся к концу этого периода. Затем к перфузионной жидкости добавляли глнжагои для создавали анаэробные условия и перфузию продолжали еще 2 мни. После этого сердце «фиксировали» замораживанием и определили содержание в нем гликогена и активность фосфорилазы. Из таблицы можно видеть, что за 2 мин в результате добавления глюкагона подверглось расщеплению 5,5 мг гликогена, а в результате анаэробиоза —> 10 мг гликогена.
Тогда Морган и Пармеджани повторно исследовали свойства фосфорилазы Ь из скелетных мышц и обнаружили, что ее активирует не только АМФ, но и неорганический фосфат. Активация, вызываемая этими соединениями, уменьшалась в .присутствии АТФ и глюкозо-6-фосфата. Напротив, фосфорила-
за а была гораздо менее чувствительной к этим соединениям
[14]. Открытие этих свойств устранило упомянутые выше неясности. В покоящейся мышце концентрация АМФ недостаточна для того, чтобы активировать фосфорилазу Ь, так как высокое содержание АТФ и глюкозо-6-фосфата оказывает тормозящее действие; но условия, при которых концентрации АМФ и Фн возрастают, а содержание АТФ и (или) глюкозо-6-фосфата снижается (например, усиленная мышечная работа
Фосфатаза
Рис. 37. Регуляция активности фосфорилазы.
Активность фосфорилазы Ь регулируется соотношением концентраций глюкозо-6-фосфата, АТФ, АМФ и Ф„. Гормоны могут активировать фосфорилазу, вызывая превращение формы Ь в форму а.
у мышей линии I или анаэробиоз в опытах с перфузируемым сердцем), приводят к повышению активности фосфорилазы Ь. Таким образом, гликогенолиз может происходить и без превращения фосфорилазы Ъ в фосфорилазу а.
Но если обе формы фосфорилазы в мышце могут быть каталитически активными (и при полной активации оказывают 'одинаковое действие), то сразу же возникает вопрос: для чего, природе понадобилось такое усложнение, как двойной механизм регуляции этого фермента? Регулирование активности фосфорилазы b изменениями концентраций, адениннуклео-тидов и (или) глюкозо-6-фосфата можно рассматривать как основной механизм клеточной регуляции, сходный с регуляцией фосфофруктокиназы (гл. 3, разд. Г.2). В любой ситуации, когда энергетический уровень клетки понижен или уменьшилась концентрация глюкозо-6-фосфата, фосфорилаза Ь активируется и начинается расщепление гликогена. Способность клетки активировать фосфорилазу путем превращения формы Ъ в форму а следует рассматривать как более сложный механизм, «надстроенный» над основным регуляторным механизмом в процессе эволюции. Преимущество этого механизма в
том, что он делает возможным расщепление гликогена и при обычном (т. е. высоком) содержании АТФ и глюкозо-6-фосфа-та (рис. 37). Это в физиологическом отношении выгодно в стрессовых ситуациях: фосфорилаза b будет превращаться а форму а (под действием адреналина—см. следующий раздел)» гликогенолиз усилится, и концентрации промежуточных продуктов гликолиза возрастут, подготавливая условия для повышенного образования энергии. Это важно потому, что биологическая энергия не хранится в доступной для использования форме (АТФ), а должна непрерывно регенерироваться в ходе реакций фосфорилирования (рис. 25). Таким образом, когда животное почувствует опасность, секреция адреналина обеспечит кратковременное повышение концентраций промежуточных продуктов гликолиза в мышечных клетках, я если животному придется спасаться бегством, то частота и сила мышечных сокращений уже не будут лимитироваться недостаточной способностью мышц к регенерации АТФ. Если животное сможет пробежать от пункта А до пункта В, скажем, за 9 с вместо 10 (сокращение времени на 10%)* то это может значительно повысить шансы на выживание!
Г. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФОСФОРИЛАЗЫ
ПУТЕМ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ ВЗАИМОПРЕВРАЩЕНИЙ
Хотя фосфорилаза Ъ может быть активирована непосредственно в результате изменения концентраций метаболитов, превращение формы Ъ в форму а происходит при всех физиологических условиях, приводящих к усиленному гликогеноли-зу. Наиболее признанная в настоящёе время теория регуляции основывается на свойствах ферментов, катализирующих взаимопревращения обеих форм — киназы фосфорилазы b и фос-фатазы фосфорилазы а, в особенности на свойствах первого из них.
1. ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ФОСФОРИЛАЗЫ Ь
Показано, что киназа фосфорштзы b катализирует реакцию
2 Фосфорилаза Ь -{- 4АТФ ->- Фосфорилаза а -{- 4АДФ.
При этой реакции происходит перенос концевого фосфата АТФ на определенный аминокислотный остаток каждого мономера фосфорилазы Ъ. Фосфат присоединяется ковалентной эфирной связью к гидроксильной группе серина (рис. 38).
Это было доказано путем частичного ферментативного про-теолиза фосфорилазы а (фосфорилированной фосфорилазы Ъ) и выделения из полученных гидролизатов пентапептида, содержащего серинфосфат. Позднее из частичных гидролизатов
были выделены более крупные фрагменты, включавшие этот пентапептид, в том числе один тетрадекапептид, в котором была полностью определена последовательность аминокислот. Этот" тетрадекапептид может быть дефосфорилирован фосфа-тазой фосфорилазы а, а полученную дефосфоформу можно снова фосфорилировать с помощью киназы фосфорилазы b
