Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
Очевидно, что свойства киназы фосфорилазы Ь, связанные с ее активацией АТФ — Mg2+, достаточно сложны, но тем не менее на основании этих свойств можно сформулировать удовлетворительную в физиологическом отношении теорию регуляции. Согласно этой теории, повышение концентрации циклического АМФ в мышечной ткани активирует проте-инкиназу; активная протеинкиназа фосфорилирует неактивную киназу фосфорилазы Ь, превращая ее в активную Ь-киназу; под действием последней фосфорилаза Ь превращается в фосфорилазу а, и это приводит к стимуляции гликогенолиза даже в покоящейся мышце (рис. 42) [18, 19]. Экспериментальные данные в пользу этой теории будут рассмотрены ниже {разд. Г.З.б.З].
б) Роль циклического 3',5'-АМФ
в регуляции активности фосфорилазы
1. Историческое введение. Рассматривая регуляцию обмена гликогена, мы до сих пор касались только тех наблюдений, которые относятся к скелетным мышцам. Однако в тот же период было проведено (главным образом Сьютерлендом и его сотрудниками) немало исследований с фосфорилазой печени, и именно эти исследования впервые привели к выделению циклического АМФ и к выяснению его роли в регуляции метаболизма гликогена. В середине пятидесятых годов Сьютерленд и Возилё установили, что фосфорилаза печени существует в активной (фосфорилированной) и неактивной (дефосфорилиро-ванной) формах и что взаимопревращение этих двух форм катализируют два фермента — киназа (нуждающаяся в АТФ и Mg2+) и фосфатаза.
К этому времени уже было известно, что гормоны адреналин и глюкагон служат мощными стимуляторами гликогенолиза. Возникла мысль, что они, вероятно, влияют на относительные количества активной н неактивной фосфорилазы в пе-
чени. И действительно, как выяснилось, оба гормона вызывают переход фосфорилазы в активную форму. Реакцию на эти гормоны можно было разделить на две фазы: сначала происходило образование термостабильного, диализируемого активного фактора, который вырабатывала гранулярная фракция клетки, а затем следовало фосфорилирование фосфорилазы Ъ в над-осадочной фракции, на которое гормоны, будучи добавлены непосредственно к этой фракции, не оказывали никакого влияния. Таким образом, гормоны стимулировали образование термостабильного фактора, который в свою очередь стимулировал переход фосфорилазы в активную форму. Группа Сьютерленда вела работу по идентификации этого фактора и выяснила, наконец, что это был какой-то аденин-нуклеотид. В то самое время, когда Сьютерленд и его сотрудники пытались выяснить природу этого неизвестного нуклеотида, другая группа исследователей изучала нуклеотид, который она выделила из гидролизата АТФ, полученного с помощью Ва(ОН)2. Обе
г.руипы обменялись твоими нуклеотидами, и оказалось, что это одно и то же .вещество [7], а именно циклический З'.Б'-АМФ, структура которого представлена на ,рис. 43.
После открытия циклического АМФ группа Сьютерленда продолжала изучать ферменты, участвующие в его синтезе и расщеплении, и определять его концентрации в различных тканях при разных условиях (см., например, [20, 21]). Эти исследования дополнили то, что было сделано Кребсом, Фишером и их сотрудниками в области энзимологии взаимопревращений фосфорилазы, и в результате был раскрыт чрезвычайно интересный механизм регуляции активности этого фермента.
2. Аденилатциклаза и фосфодиэстераза. Циклический АМФ образуется из АТФ в результате реакции, катализируемой ферментом аденилатциклазой, распределение и свойства которого были впервые описаны в 1962 г. [22]:
Аденилатциклаза
АТф-------------> 3',5'-АМФ+ФФН.
Было замечено, что аденилатциклазная активность всегда связана с корпускулярной фракцией клетки, но вначале трудно было установить, с какими именно частицами — с фрагментами цитоплазматической мем_браны или ядерной мембраны. Когда был создан специальный аппарат для фракционирования клетки, удалось с помощью дифференциального центри-
nh2
о—сн2 1
I
с н н>:
I i \ I I / ¦
+рр=о Н С-С н 1---------о он
Рис. 43. Структура циклического 3',5'-АМФ.
фугирования отчетливо показать, что аденилатциклаза связана с плазматической мембраной, по крайней мере в эритроцитах голубя и в печени крысы [23]; это дало основание думать, что во всех других тканях аденилатциклаза также связана с цитоплазматической мембраной.
Препараты аденилатциклазы из печени активируются адреналином и глюкагоном, а из скелетной мышцы — только адреналином. Так как фермент находится в цитоплазматической мембране, можно думать, что его активация — одно из самых ранних молекулярных событий в процессе воздействия гормона на ткань-мишень. К сожалению, при солюбилизации аденилатциклазы не удается сохранить ее чувствительность к гормонам, и поэтому молекулярный механизм их действия на фермент остается пока совершенно неизвестным.
Хотя константа равновесия аденилатциклазной реакции не определена, представляется вероятным, что в клетке эта реакция является неравновесной. Поэтому циклический АМФ должен непрерывно удаляться в результате какой-то другой реакции, иначе он накапливался бы в клетке в больших количествах. Расщепляющий его фермент известен и получил название фосфодиэстеразы циклического АМФ. Стационарную внутриклеточную концентрацию циклического АМФ поддерживают две реакции, катализируемые соответственно адени-латциклазой и фосфодиэстеразой:
