Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
Активность гексокиназы мозга относительно невелика, особенно по сравнению с активностью других ферментов гликолиза; в среднем она составляет 350-450 мкмоль субстрата-г^-ч-1. Эта величина в 5-10 раз превышает среднюю скорость поступления глюкозы в мозг. Более того, при сопоставлении активности фермента в различных тканях максимальные величины получены рядом авторов именно в экспериментах с головным мозгом.
Распределение фермента в нервных клетках неравномерно; с помощью гистохимических, иммунохимических методов, а также при исследовании обогащенных препаратов установлена более высокая активность гексокиназы в нейронах, особенно в синаптических окончаниях, по сравнению с олигодендроглией.
Интересная особенность отмечена при изучении распределения фермента между компартментами клетки: в отличие от ряда других тканей в мозге основная часть (до 80%) гексокиназы сосредоточена не в цитоплазме, а в митохондриях. В связывании фермента с внешней митохондриальной мембраной участвует специфический белок, детальные исследования свойств которого указывают на идентичность его с белком, формирующим поры. На прочность взаимодействия гексокиназы с мембранным белком оказывает влияние фосфолипидный компонент мембраны (наиболее активным оказался дифосфоинози-тид). Причины такого своеобразного внутриклеточного распределения гексокиназы в мозге пока не совсем ясны, но имеются предположения, что такая локализация обеспечивает более быстрое и эффективное фосфорилирование глюкозы за счет АТФ, синтезированного в митохондриях.
Необходимо отметить, что из четырех известных изофермен-
тов гексокиназы — ГКг, ГКП, ГКШ, ГК1У (глюкокиназа) в мозге встречается лишь первые два, причем на долю FKj приходится около 90% суммарной активности. Именно для этих двух изоферментов наиболее выражена способность связываться с внешней митохондриальной мембраной.
Связывание гексокиназы — обратимый процесс; на соотношение между связанной и солюбилизированной формами фермента влияет ряд факторов, в первую очередь — отношение АТФ/АДФ, концентрация неорганического фосфата и глюко-зо-6-фосфата, а также уровень свободных жирных кислот. Действие указанных факторов проявляется в пределах их физиологических концентраций; это дало Вильсону основание предположить, что изменение субклеточного распределения гексокиназы служит важным механизмом регуляции активности фермента in vivo.
Такое предположение очень интересно, поскольку мембранно-связанная гексокиназа более активна, чем цитоплазматическая форма: значение Км для АТФ митохондриального фермента в 3 раза ниже, чем у солюбилизированного. Кроме того, связанная форма гексокиназы в меньшей степени ингибируется глюкозо-6-фосфатом. Установлено, что значение Kj солиби-лизированной формы гексокиназы равна в среднем (3,0-4,0)10-6М, а митохондриальной — (8,0-9,5)10_^М; для сравнения можно привести средние значения концентрации глю-козо-6-фосфата в цитоплазме, где в основном сосредоточен этот метаболит — (6,0-6,5)-10_5М.
Накопление в клетках аденозинтрифосфата и возрастание отношения АТФ/АДФ приводит к усилению солюбилизации гексокиназы, что вызывает замедление скорости фосфорилирования глюкозы и, следовательно, торможение гликолиза. Напротив, при уменьшении уровня АТФ в клетке происходит новое связывание фермента с ионами магния в митохондриальной мембране, которое вследствие указанной разницы значений Kj ведет к освобождению фермента от ингибирования глюкозо-6-фосфатом и повышению скорости реакции фосфорилирования субстрата.
В мозге интактных животных гексокиназа находится преимущественно в ингибированном состоянии. Исследования, выполненные in vivo, показали резкое повышение количества связанного фермента при усилении гликолиза и, напротив, возрастание доли солюбилизированной гексокиназы при снижении скорости гликолиза в условиях анестезии.
¦ Таким образом, быстрые взаимопереходы солюбилизированной и связанной с митохондриями гексокиназы обеспечи-
155
вают значительный “запас мощности” фермента, позволяя быстро менять скорость фосфорилирования глюкозы при сдвигах в энергетическом балансе мозга без изменения скорости синтеза фермента. Этот механизм контроля активности гексокиназы, чутко реагирующий на сдвиги таких балансовых показателей энергетического обмена, как отношение АТФ/АДФ, уровень неорганического фосфата, несомненно играет большую роль в регуляции энергетического метаболизма мозга.
Соотношение путей метаболизма глюкозо-6-фосфата в мозге. Как известно, глкжозо-6-фосфат, образующийся в гексокиназ-ной реакции, может быть использован в качестве исходного субстрата в нескольких метаболических путях (схема 5.2): гликолиз, пентозофосфатный путь (ПФП), синтез гликогена и др. Интенсивность использования его в той или иной последовательности реакций определяется соотношением активностей ферментов, конкурирующих за глюкозо-6-фосфат.
Схема 5.2. Основные пути метаболизма глюкозо-6-фосфата (жирными стрелками обозначены доминирующие пути образования и утилизации глюкозо-6-фосфата в мозге; ферменты:
