Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
В предположении о том, что ряд последовательных активаций в системе регулирования активности фосфорилазы играет такую же роль, как и в каскадной системе свертывания крови [27, 28], подразумевается, что концентрация первичного «сигнального» вещества (циклического АМФ) мала по сравнению-с концентрацией фосфорилазы Ъ или ее киназы. Содержание этих двух ферментов в мышце можно вычислить из удельных активностей их очищенных препаратов1. Концентрация фосфорилазы составляет около 5-10-8 М, так что концентрация ее связывающих участков могла бы достигать 10~5 М (если это-димерный белок). Однако концентрация киназы фосфорилазы Ъ ниже 10-6 М, тогда как измеренное содержание циклического АМФ в мышце превышает 10-8 М, и можно было бы подумать, что количество его вполне достаточно для прямой активации &-киназы. (Точно так же конечная концентрация Са2+ в саркоплазме примерно равна концентрации циклического* АМФ, а между тем ионы Са2+ изменяют активность киназы.
1 Очищенная киназа фосфорилазы Ъ из мышцы обладает активностью-около 60 1 03 ед/.мг и .молекулярным весом не менее 10е [21]. В неочищенных мышечных экстрактах общая активность 6-жиназы равиа приблизительно 22-ДО3 ей. на 1 г ткани, т. е. 1 г ткани содержит 0,36 мг 6-киназы, что примерно соответствует концентрации 0,36 -10_в М..
фосфорилазы Ъ, но не влияют на протеинкиназу.) Но если бы циклический АМФ мог обеспечить прямую активацию &-кина-зы, то протеинкиназа оказалась бы ненужной, и тогда не было бы каскада: регуляцию осуществляла бы одна система взаимопревращений (как в глюкозилтрансферазной системе, где протеинкиназа непосредственно катализирует превращение формы I в форму D). Необходимость еще одного фермента будет ясна, когда мы рассмотрим механизм регуляции концентрации циклического АМФ (рис. 45).
АТФ
Циклический АМФ*-Протеинкиназа^^. (Протеинкиназа- Циклический АМФ)
V
АМФ
Рис. 45. Взаимодействие протеинкиназы с циклическим АМФ.
При повышении активности аденилатциклазы пропорционально возрастает и концентрация циклического АМФ. Однако если бы значительная часть циклического АМФ должна была присоединяться к первому активирующему ферменту (про-теинкиназе или — в гипотетическом случае — к киназе фосфорилазы Ъ), то переход к новой стационарной концентрации циклического АМФ был бы очень длительным, и поэтому активность первого активирующего фермента не скоро достигала бы максимума. Кроме того, сродство фермента к циклическому АМФ должно было бы быть очень высоким, чтобы фермент мог связать большую долю нуклеотида. В результате инактивация фермента путем расщепления нуклеотида фосфодиэсте-разой тоже была бы весьма длительным процессом (см. табл. 23).
Таким образом, если бы первый фермент должен был связывать значительную часть всего циклического АМФ, то первоначальный стимул (изменение ативности аденилатциклазы) очень нескоро приводил бы к нужному результату (изменению активности фосфорилазы). Для того чтобы обеспечить активацию протеинкиназы с максимально быстрым установлением новой стационарной концентрации циклического АМФ, нужно создать условия, при которых с протеинкиназой могла бы реагировать лишь небольшая доля нуклеотида (10—20%). А для этого необходимо одно из двух: либо абсолютная концентрация протеинкиназы должна быть низкой (10~7М при
концентрации нуклеотида 10~6), либо сродство протеинкина-зы к нуклеотиду должно быть таким, чтобы киназа связывала всего лишь 10—20% нуклеотида (см. табл. 23). В обоих случаях для активации фосфорилазы достаточно будет небольшого количества первоначального стимулятора (циклического АМФ). Следовательно, эффективная концентрация циклического АМФ значительно ниже его действительной концентрации, и поэтому для быстрого достижения конечного результата необходим механизм усиления каскадного типа.
Из всего сказанного видна особая важность соотношения между двумя реакциями, регулирующими концентрацию циклического АМФ в клетке, — реакциями аденилатциклазы и фосфодиэстеразы. Они составляют простой, быстродействующий, точный и эффективный механизм контролируемого изменения концентрации этого внутриклеточного регулятора. Равновесное связывание больших количеств циклического АМФ каким-либо белком серьезно нарушило бы работу этого простого регуляторного механизма. Поэтому предполагается, что протеинкиназа все время отбирает (путем равновесного связывания) лишь небольшую долю (скажем, 10—20%) имеющегося циклического АМФ и таким образом как бы «следит» за изменениями его концентрации. (Здесь есть некоторая аналогия с современным радиоиммунохимическим методом определения гормонов, который основан на связывании небольшого количества гормона специфическим антителом). При повышении концентрации циклического АМФ несколько возрастает и количество его молекул, связанных протеинки-назой, что ведет к повышению ее активности и инициирует в результате каскад активации. Напротив, при снижении концентрации нуклеотида количество его, связанное протеинки-назой, уменьшается, активность фермента падает и процесс активации быстро затухает.
