Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
Такую же «вспышку» активности фосфорилазы можно вызвать, добавив к системе с АТФ — Mg2+ циклический АМФ в концентрации Ю^М (вместо Са2+). При этом тоже наблюдается ингибирование фосфатазы фосфорилазы а, не обусловленное действием АМФ. Так как активность очищенных (но не гомогенных) препаратов фосфатазы не подвержена торможению циклическим АМФ, АТФ — Mg2+ или Са2+, можно думать, что либо этот фермент существует в двух формах, способных к ферментативному взаимопревращению [см. выше, разд. 1], либо гликоген и расщепляющие его ферменты образуют высокоупорядоченный комплекс, в котором конфор-мационные изменения, связанные с активацией Ь-киназы, автоматически приводят к торможению фосфатазы. Как бы то
ни было, весьма вероятно, что in vivo действует какой-то механизм координированного включения и выключения ферментов, участвующих в регуляции гликогенолиза.
4. НЕРВНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФОСФОРИЛАЗЫ
а) Введение. Совместное управление
мышечным сокращением и гликогенолизом
Когда выяснилось, что киназу фосфорилазы b можно активировать ионами Са2+ (см. стр. 194), была выдвинута еще одна теория регуляции гликогенолиза в мышце. Эта теория исходила из твердо установленной роли Са2+ как химического связующего звена между нервным сигналом и инициацией процесса мышечного сокращения (см. ниже). Ее основная идея состоит в том, что активация сократительного механизма и одновременная активация биохимических путей, поставляющих энергию для сокращения (процессов гликогенолиза и гликолиза), могли бы вызываться изменением в одном и том же регуляторе (Са2+). Возможное участие ионов Са2+ в регуляции гликолиза обсуждалось в предыдущей главе (разд. Г.4.6), а роль их в управлении мышечным сокращением и гликогенолизом будет рассмотрена ниже.
б) Регуляция мышечного сокращения ионами Са2+
При мышечном сокращении ионы Са2+ служат связующим звеном между возбуждением мышцы под действием нервного импульса и активацией АТФазы миофибрилл. Чтобы понять проблемы, связанные с регуляцией сокращения, необходимо иметь некоторое представление о структуре поперечнополосатых мышечных волокон.
1. Морфология поперечнополосатого мышечного волокна. Ниже будет дано чрезвычайно краткое описание; дополнительные сведения можно найти в одном из многочисленных обзоров по этому вопросу (см., например, [31, 32]). Отдельное волокно содержит правильно чередующиеся белковые нити (филаменты) двух типов, А и I, которые состоят главным образом из белков миозина и актина соответственно (рис. 46). Когда мышца сокращается, нити I заходят дальше в промежутки между нитями А, так что участки, содержащие нити обоих типов, становятся длиннее, а общая длина каждого пучка нитей, а значит, и всего волокна уменьшается. Мышечное волокно состоит из большого числа миофибрилл, разделенных продольными щелями, в которых находятся митохондрии и везикулярные элементы саркоплазматической сети. На электронных микрофотографиях срезов
поперечнополосатой мйшцы видны впячивания плазматической мембраны, которые углубляются внутрь волокна по радиальным направлениям в виде узких трубочек [31]. Группы таких трубочек (образующие Т-систему) повторяются по всей длине волокна в соответствии с периодической структурой
Трубочка "*Т-системы
Саркоплазматн-Ческая сеть
Митохондрия
Рис. 46. Схематическое изображение отрезка мышечного волокна.
миофибрилл. К этим трубочкам тесно примыкают концевые цистерны саркоплазматической сети; вероятно, между теми и другими существует какая-то функциональная связь. Поперечные трубочки с примыкающими к ним парами цистерн образуют систему характерных, легко распознаваемых структурных единиц, получивших название триад (рис. 47).
2) Регуляция сокращения и расслабления мышцы. Открытие Т-системы позволило понять, каким образом изменения в плазматической мембране, вызванные нервным импульсом* могут быстро воздействовать на систему миофибрилл, лежащих внутри мышечного волокна. А. Хилл [33] показал, что
диффузия какого-либо активирующего вещества из внеклеточного пространства внутрь волокна не могла бы происходить с достаточной скоростью, чтобы обеспечить наблюдаемую быстроту сокращения поперечнополосатого мышечного
Рис. 47. Поперечный чрез одной из мышц конечностей (плевр отрохантераль-ной мышцы) водяного клопа Lethocerus cordofanus (электронная микрофотография д-ра М. Каллена; Зоологическое отделение Оксфордского университета) .
Можно видеть систему правильно расположенных нитей А и I, Т-систему (Т), триаду (Тр) и саркоплазматическую сеть (СС).
волокна после прибытия нервного импульса. Но если деполяризация плазматической мембраны распространяется внутрь-волокна по мембранам Т-системы, то быстрота сократительной реакции становится объяснимой. Как правило, чем быстрее реагирует мышца, тем более развита Т-система в ее волокнах [31].
Судя по самым различным данным, деполяризация мембран Т-системы каким-то образом приводит к высвобождению*
Са2+ из пузырьков саркоплазм этической сети, которые тесно соприкасаются с трубочками. В результате концентрация Сг2+ в саркоплазме, окружающей нити актина и миозина, возрастает, и это приводит к активации фермента, называемого АТФазой миофибрилл (или АТФазой актомиозина). За счет энергии гидролиза АТФ в миозиновых нитях возникают ультрамикроскопические изменения, которые и лежат в основе сокращения мышцы. Расслабление вызывается уменьшением концентрации Са2+ в саркоплазме, приводящим к понижению активности АТФазы миофибрилл. Концентрация ионов ¦Са2+ снижается, поскольку саркошгазматическая сеть непрерывно «откачивает» их из саркоплазмы. Этот процесс требует затраты энергии, так как переход ионов в саркоплазмати-ческую сеть происходит против градиента концентрации. Возможно, что потенциал действия сопровождается кратковременным повышением проницаемости мембран саркоплаз-матической сети для ионов Са2+, так что на какой-то очень короткий период пассивная диффузия их «вниз» по крутому градиенту концентрации резко ускоряется. В результате некоторое количество ионов Са2+ быстро переходит в саркоплазму. Сразу же после потенциала действия восстанавливается status quo: активное поглощение ионов Са2+ теперь снова с избытком компенсирует их обратную диффузию, и концентрация их в саркоплазме постепенно снижается (см. обзоры [34, 35, 36]). Саркоплазматическая сеть способна понижать концентрацию Са2+ в саркоплазме до 10-8 М или еще ниже, тогда как потенциал действия повышает ее до 10-6М и более. Именно в этом диапазоне концентраций Са2+ (10-8—10~6) происходит активация АТФазы миофибрил in vitro. Таким образом, есть веские основания думать, что активирующий эффект Са2+ имеет важное физиологическое значение.
