Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
Максимальные величины каталитической активности фосфорилазы и фосфофруктокиназы в скелетной мышце очень высоки — примерно 100 мкмоль/мин на 1 г ткани (см. табл. 17), так что весЬ' мышечный гликоген (20—30 мкмоль) мог бы расщепиться до гексозофосфатов менее чем за 1 мин, а реакция фосфофруктокиназы могла бы приблизиться к равновесию за несколько минут. Из этих простых расчетов должна быть очевидна необходимость быстрой инактивации фосфорилазы, а также эффективного ресинтеза гликогена в мышце.
5. Действие циклического 3',5'-АМФ на протеинкиназу. Циклический АМФ служит активатором протеинкиназы. Как показали недавние исследования, этот фермент состоит из регуляторной субъединицы (R), связывающей циклический АМФ, и, каталитической субъединицы (С), в которой находится активный центр [29]. Судя, по имеющимся данным, ассоциация этих двух субъединиц, по-видимому, делает фермент неактивным, тогда как при отделении каталитической субъединицы от регуляторной он активируется. Присоединение циклического АМФ к регуляторной субъединице вызыва-
ет диссоциацию субъединиц и таким образом повышает активность фермента:
R—С-f-Циклический АМФ < — д= R-циклический АМФ -j- С.
Эта равновесная реакция и есть тот механизм, с помощью ко* торого концентрация циклического АМФ регулирует активность протеинкиназы. В настоящее время это единственный известный механизм такого типа в метаболической регуляции. Однако данные о нем получены совсем недавно, и возможно, что в живой клетке активация фермента не сопровождается диссоциацией комплекса R—С. Быть может, конформацион-ное изменение, вызываемое присоединением циклического АМФ, приводит к диссоциации только in vitro.
в) Регуляция активности фосфатазы фосфорилазы а
Была разработана вполне правдоподобная теория регуляции мышечного гликогенолиза без какого-либо упоминания о регуляции фосфатазы фосфорилазы а: молчаливо предполагалось, что активность этого фермента зависит только от концентрации его субстрата — фосфорилазы а. В этом случае, если активность фосфатазы того же порядка, что и активность киназы, превращение значительной части фосфорилазы Ь в фосфорилазу а маловероятно. Очевидно, что координированный механизм, в котором активация киназы сопровождалась бы торможением фосфатазы, был бы очень выгоден. В связи с этим был проведен ряд исследований, но они дали пока гораздо меньше определенных результатов, чем изучение системы киназы.
1. Свойства фосфатазы фосфорилазы а, Все попытки подучить этот фермент в полностью очищенном виде до сих пор не привели к успеху: даже после 1000-кратного обогащения он остается гетерогенным. Фермент осаждается с гранулярной фракцией, в которой он связан с гликогеном. Гидролиз гликогена ведет к освобождению двух растворимых белков с мол. весами 66 000 и 33 000. Оба они обладают сходными ферментативными свойствами, и возможно, что это различные агрегаты одного и того же белка. Единственное важное свойство растворимого фермента — то, что его активность ингибируется под влиянием АМФ (или ИМФ). Ингибирование, по-видимому, обусловлено взаимодействием АМФ с фосфорила-зой а. Это довольно необычный случай, когда регулятор оказывает действие, видоизменяя структуру субстрата, а не фермента.
Предварительные исследования, проведенные на сравнительно мало очищенных экстрактах грудной мышцы голубя,
указывают на то, что фосфатаза фосфолиразы а существует в двух взаимопревращающихся формах— активной и неактивной. Фермент можно активировать добавлением АТФ и Mg2+; активацию тормозят очень малые концентрации циклического АМФ. Эти свойства весьма сходны со свойствами фос-фатазы фосфорилазы а из коры надпочечника, но изучение мышечного фермента еще только начинается, и при интерпретации полученных данных нужна осторожность. Однако сама собой напрашивается мысль, что обнаруженное действие циклического АМФ на фосфатазу служит основой координированной регуляции обоих ферментов, катализирующих взаимное превращение двух форм фосфорилазы.
2. Регуляция активности фосфатазы фосфорилазы а во фракции субклеточных частиц, содержащих гликоген. Из мышцы можно выделить частицы, содержащие элементы саркоплазматической сети, гликоген, фосфорилазу, киназу фосфорилазы Ъ и фосфатазу фосфорилазы а, а также ряд других ферментов [16]. В этом комплексе фосфорилаза и b-киназа неактивны. Небольшие концентрации Са2+ активируют киназу фосфорилазы b (роль Са2+ в регуляции активности фосфорилазы будет подробно рассмотрена в следующем разделе). При добавлении 10~6 М Са2+ и АТФ—Mg2+ фосфорилаза b тотчас же переходит в форму а. После использования всего АТФ фосфорилаза а снова превращается в фосфорилазу Ь, а если добавить еще АТФ,' это опять вызовет кратковременную активацию («вспышку» активности). По-видимому, в период активации &-киназы фосфатаза фосфорилазы а подвергается сильному ингибированию (до 75%), а после инактивации киназы ее активность восстанавливается и фосфорилаза а переходит в форму Ь. Можно показать, что это ингибирование фосфатазы не связано с образованием АМФ (единственного известного регулятора активности растворимого фермента).
