Регулфяция метаболизма - Ньюсхолм Э.
Скачать (прямая ссылка):
Может показаться несколько странным, что изменения концентрации Са2+ в специфическом отсеке клетки (саркоплазме) были установлены с такой точностью, хотя здесь невозможно выявить количественные изменения многих других веществ (например, АТФ). Однако процесс мышечного сокращения необычен в том отношении, что механизм его регуляции весьма доступен для экспериментального исследования. В частности, данные о степени изменения концентрации Са2+ во время сокращения и расслабления можно получить в экспериментах трех типов, описанных ниже.
а. Существует ряд препаратов сократительной системы мышц (очищенный актомиозин, мышечные волокна и мио-фибриллы, экстрагированные глицерином, и др.), которые можно заставить сокращаться и производить работу, если добавлять АТФ и Са2+. В частности, они реагируют на повы-
шение концентрации Са2+ с 10~8 до 10~е М (см. [37] и рис. 48).
б. Можно стабилизировать концентрации Са2+ с помощью веществ, обладающих высоким сродством к ионам кальция (например, ЭГТА). Такие буферы сходны в принципе с буферами, стабилизирующими pH, и особенно эффективны в тех случаях, когда нужно с достаточной точностью поддерживать определенные очень низкие концентрации Са2+. За-
Рис. 48. Влияние концентрации Са2+ на АТ Фаз у .миофибрилл медоносной пчелы (Л) и саранчи (Б) (воспроизведено из статьи Трегера, Proc. Roy. Soc., В169, 229, 1968, рнс. 2, с разрешения Королевского общества, Лондон) .
Концентрация белка у пчелы в мышцах конечностей составляет 0,17 мг/мл, в летательных мышцах 0,11 мг/мл; у саранчи в мышцах конечностей 0*26 мг/мл, в летательных мышцах 0,27 мг/мл. Треугольниками показаны соответствующие значения для летательных мышц, кружочками—для мышц конечностей.. На оси ординат отложена активность АТФазы (мкмоль Фн*мг—1‘•мнн—1)»
буференн'ые растворы Са2+ инъецировали в одиночные мышечные волокна краба Maia squinado [38]. Эти классические эксперименты показали, что интактное мышечное волокно сокращается при инъекции забуференных 10~6М растворов Са2+. Кроме того, воздействуя примерно такими же концентрациями Са2+ на поверхность мышечных волокон лягушки, у которых методом микропрепарирования была удалена сарколемма, можно было вызывать их сокращение; обратимость этого эффекта указывала на то, что введенные ионы Са2+ быстро удалялись из области миофибрилл [39].
в. Для выяснения внутриклеточной роли Са2+ чрезвычайно ценными оказались два «индикатора» кальция: мурексид,
спектр поглощения которого изменяется после связывания Са2+, и акворин, который после присоединения Са2+ флуоресцирует. При впрыскивании мурексида жабам он сам проникает в мышцы, а акворин вводили в крупные мышечные волокна усоногих раков путем микроинъекции. Препараты изолированных мышечных волокон, содержащие эти индикаторы, можно подвергать электростимуляции и наблюдать при этом изменение поглощения или флуоресценции введенного вещества. Экспериментально показано, что такое изменение предшествует развитию напряжения и что степень этого изменения пропорциональна развиваемому напряжению [40, 41].
Наконец, рассчитано, что концентрация Са2+ в просветах саркоплазматической сети расслабленного мышечного волокна должна составлять примерно 10_3 М, чтобы при стимуляции в саркоплазму могло перейти достаточное количество Са2+. В экспериментах in vitro было установлено, что сарко-плазматическая сеть действительно способна накапливать /Са2+ до такой концентрации. Скорость поглощения кальция саркоплазматической сетью in vitro (около 60 мкмоль Са2+/мин на 1 г белка) также достаточна, чтобы обеспечить скорость расслабления, наблюдаемую in vivo [34—36]. Таким образом, вряд ли можно сомневаться в том, что ионы Са2+ регулируют сокращение и расслабление мышцы.
в) Регуляция активности
киназы фосфорилазы Ъ ионами Са2+
Электрическое раздражение препаратов изолированной мышцы приводит к ускорению гликогенолиза, которое сопровождается увеличением относительных количеств активных форм фосфорилазы и киназы фосфорилазы Ъ. Так как при этом не происходит никакого изменения внутриклеточной концентрации циклического АМФ,, последний не может быть ответствен за активацию 6-киназы (табл. 22) [25]. Сравнение более ранних данных об активации Ь-киназы ионами Са2+ in vitro [6] с данными о регуляции мышечного сокращения путем изменения внутриклеточной- концентрации этих ионов (см. выше) наводило на мысль, что повышение активности &-киназы при 'электростимуляции обусловлено увеличением концентрации Са2+ в саркоплазме. К сожалению, эта простая экстраполяция наблюдений, сделанных в опытах in vitro, на регуляцию активности фермента в мышечных, волокнах осложнялась двумя обстоятельствами. Во-первых, концентрация Са2+, активировавшая киназу фосфорилазы b in vitro, составляла около Ю-3 М, тогда как для стимуляции
мышечного сокращения достаточны гораздо более низкие концентрации кальция (10-7—10~6 М). Во-вторых, активация фермента ионами Са2+ была необратимой: после инкубации с Са2+ добавление комплексообразующих агентов (ЭДТА, ЭГТА) не вызывало снижения
