Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

сфорилирование происходит путем переноса ?-фосфата молекулы АТФ на гидроксигруппу и катализируется специальными ферментами, известными под общим названием протеинкиназ. В реакциях, катализируемых протеинкиназами, участвуют два белка — один в качестве катализатора, а другой, в ряде случаев тоже фермент, в качестве фосфорилируемого субстрата.

Типичным и весьма обстоятельно изученным примером регуляции активности фермента путем его фосфорилирования является фосфоролиз гликогена. Эта реакция, катализируемая ферментом фосфорилазой (см. § 4.2), состоит в переносе концевого гликозильного остатка от молекулы гликогена на ортофосфат и имеет ключевое значение для мобилизации запасов гликогена с целью производства энергии. Очевидно, что она должна включаться при создании физиологической ситуации, требующей такой мобилизации, т.е. в том случае, когда содержание глюкозы в кровеносной системе оказывается недостаточным для обеспечения биоэнергетических потребностей организма в этой ситуации. Частично регуляция работы фосфорилазы осуществляется с помощью АМФ, который является аллос-терическим активатором фермента. Однако основной регуляторный механизм основан на процессе фосфорилирования. Наиболее обстоятельно он изучен на примере фермента из скелетных мышц кролика.

В активной форме, катализирующей реакцию образования глюкозо-1-фосфата (эту форму часто называют фосфорилазой а), фермент представляет собой тетра-мер, состоящий из четырех идентичных субъединиц. У всех субъединиц фосфо-рилирован остаток серина Ser-14. Однако эта форма является неустойчивой,

катализирующий гидролиз фосфоэфирных связей в остатках фосфосерина фосфорилазы. В результате фермент переходит в каталитически неактивную фосфо-рилазу А, которая представляет собой димер. Таким образом, в отсутствие специ--альных сигналов о необходимости включения фермента в работу он находится в неактивной форме. Введение остатков фосфорной кислоты осуществляется с помощью специальной протеинкиназы - киназы фосфорилазы. Таким образом, превращение фосфорилазы в каталитически активный фермент требует расходования молекул АТФ, которое не учитывалось при оценке биоэнергетического баланса сжигания гликогена. Однако такое пренебрежение расходованием АТФ на регуляцию фосфоролиза вполне оправдано. На каждые четыре молекулы АТФ, передавшие свой 7-фосфат субъединицам катализатора, образуется активная молекула фермента, которая, как правило, успевает осуществить большое число актов каталитического превращения, т. е. продуцировать большое число молекул глюкозо-1-фосфата.

Киназа фосфорилазы относится к группе протеинкиназ А, активность которых регулируется аденозин-3',5'-циклофосфатом (цАМФ). Такие протеинкиназы содержат наряду с каталитическими субъединицами регуляторные субъединицы, содержащие центры узнавания цАМФ, который играет роль аллостерического активатора протеинкиназы. В результате этого возникает еще одна регуляторная ступень, предшествующая активации фосфорилазы. Принципиально отличаясь по своему химическому содержанию, эта ступень тем не менее работает по сходной схеме. Появление цАМФ является ответом на внешний сигнал, включающий фермент аденилатциклазу, катализирующий превращение АТФ в цАМФ (см. § 4.4). Одновременно в клетке непрерывно функционирует фермент, катализирующий гидролиз цАМФ до АМФ - циклонуклеотид фосфогидролаза. Аденилатци-клаза вмонтирована в клеточную мембрану и. включается при поступлении на мембрану определенных сигналов. В частности, таким сигналом может служить гормон адреналин, активная наработка которого надпочечниками начинается в стрессовых ситуациях, когда организму требуется резкое усиление производства АТФ в связи с интенсификацией нервной деятельности, а зачастую и необходимостью совершить оперативно определенную механическую работу.

Включение аденилатциклазы при образовании комплекса гормон — рецептор опосредовано еще одним белком, который называют ГТФ-связывающим белком или просто белком G. В мембране этот белок существует в виде комплекса с ГДФ. При взаимодействии с комплексом гормон — рецептор этот белок приобретает способность к быстрому обмену молекулы ГДФ на молекулу ГТФ. В виде комплекса с ГТФ он становится активатором аденилатциклазы. После отделения этого комплекса от аденилатциклазы происходит гидролиз ГТФ до ГДФ, поскольку белку G присуща ГТФазная активность. Образовавшийся при этом комплекс с ГДФ может снова взаимодействовать с комплексом гормон — рецептор.

Таким образом, появление гормона вызывает целый каскад превращений. Комплекс гормон — рецептор способствует образованию комплекса ГТФ с белком G, последний активирует аденилатциклазу, которая, в свою очередь, производит большое число молекул цАМФ. Эти молекулы аллостерически активируют кина-зу фосфорилазы, а она в свою очередь переводит в активную форму фосфорила-зу, запуская фосфоролиз гликогена. Вся цепочка событий представлена схематично на рис. 126. После исчезновения гормона белок G гидролизует связанный с ним ГТФ и становится неактивным по отношению к аденилатциклазе, накопив-

А 9R

КОМПЛЕКС ГОРМОН - РЕЦЕПТОР

Белок G-ГДФ ¦ ГТФ щ * Белок G-??? ¦ ГДФ

ГЛИКОГЕН——»> ГЛЮКОЗО—1— ФОСФАТ j

Риг. 126. Схема регуляции фосфоролизя гликогена.

Жирными (трепками показаны регулнторные воздействия, процессы 1а, 2а. Чо проходят под воздействием регуляторных сигналов, процессы \f>. 26. 3/5 выключают :)ти сигналы

шийся за время функционирования последней цАМФ гидролизуется циклонукле-отидфосфогидролазой. В результате перестает функционировать нуждающаяся в присутствии цАМФ киназа фосфорилазы и фосфатаза фосфорилазы за короткое время переводит фосфорилазу в неактивную форму, т. е. расход гликогена на производство глюкозо-1-фосфата прекращается.

Существенно, что та же система регулирует одновременно работу гликогенсин-тазы (см. § 9.1). Однако направление работы двух конечных регуляторных элементов - киназы и фосфатазы - в этом случае диаметрально противоположное. Активной формой гликогенсинтазы является ее дефосфорилированная форма. Поэтому в отсутствие каталитически активной протеинкиназы при прочих благоприятных условиях функционирует гликогенсинтаза и в клетках идет синтез гликогена. Наоборот, фосфорилированная форма гликогенсинтазы ферментативно неактивна, поэтому в период действия сигнала, включающего аденилатциклазу и таким путем активирующего протеинкиназу, гликогенсинтаза фосфорилируется и становится неактивной, т.е. синтез гликогена прекращается. Аналогично тому, как это было уже рассмотрено на примере пары фосфофруктокиназа — фруктозо-дифосфатаза, такая система регуляции практически исключает одновременную работу двух противоположно действующих систем — синтеза и фосфоролиза гликогена. Нетрудно убедиться, рассматривая совместно оба превращения, что при одновременном их протекании итогом было бы бесполезное превращение уридинтрифосфата и ортофосфата в уридиндифосфат и пирофосфат по схеме

Glc-1-? + PPP-Urd —> Glc-14>P4Jrd + PPi (X.l)

426

Glc-l-PP-Urd + Glcn-a (1 - 4)-Glc„-ra (1 - 4)-...—» —¦ Glcml-a (1 - 4)-Glcn-a (1 - 4)-Glcn.,-a (1 - 4)-... + PP-TJrd (X.2)

HP02- + Glcn+1-a (1 - 4)-Glcn-a (1 - 4)-GlCri.ra (1 - 4)-...-»

—> Glc-l-P + Glcn-a (1 - 4)-Glcn.ra (1 - 4)-... (X.3)

Важное значение в регуляции процессов дифференцировки и размножения клеток имеет протеинкинаэа С. Этот фермент активируется, как и протеинкиназы класса А, в результате взаимодействия специальных рецепторов клеточной мембраны с соответствующими эффекторами, которыми в случае протеинкиназы С являются некоторые гормоны и факторы роста. Активированная протеинкинаэа С катализирует фосфорилирование определенного набора белков, что, по-видимому, является промежуточным этапом каскада превращений, заканчивающегося в ядре запуском репликации ДНК и сопутствующих процессов.

Непосредственными активаторами протеинкиназы С являются ионы Са2+ и 1,2-диацилглицерин, причем в положении 1 этого соединения преимущественно находится остаток стеариновой, а в положении 2 - арахидоновой кислоты. Важным участком активации является присутствующий в мембранах регулируемых клеток фосфолипид фосфатидилиноэит (156) (рис. 127). Это соединение последовательно фосфорилируется до 4тфосфата и 4,5-дифосфата. Взаимодействие рецептор - эффектор активирует специфическую фосфолипазу, катализирующую гидролиз фосфатидилинозит-4,5~дифосфата до 1,2-диацилглицерина и инозит-1,4,5-трифосфата. Имеются данные, что последний продукт участвует в мобилизации запасов ионов Са2+, необходимого вместе с диацилглицерином для актива-

КОМПЛЕКС РЕЦЕПТОР - ЭФФЕКТОР

Рис. 127. Схема регуляции протеинкиназы С (см. текст). Жирными стрелками показаны ре-гуляториые воздействия

427

ции протеинкиназы С. Оба продукта гидролиза, как показано на рис. 127, впоследствии в несколько стадий снова превращаются в фосфатидилинозит.

По-видимому, большое значение в процессах регуляции клеточного деления Имеет группа белков, программируемых так называемыми онкогенами. Измененные (мутантные) формы этих генов обнаруживаются в опухолевых клетках и входят в ряде случаев в виде соответствующих РНК-копий в состав онкогенных (т.е. вызывающих опухоли) ретровирусов. Первым открытым онкогеном был ген src, входящий в состав вируса саркомы Рауса. Программируемый им белок, продукт гена src, оказался протеинкиназой, которая в отличие от протеинкиназ класса А и протеинкиназы С катализировала фосфорилирование определенного спектра клеточных белков по остаткам тирозина, а не по остаткам серина и треонина. Дальнейшие исследования показали, что такая активность присуща некоторым рецепторам факторов роста, в частности рецептору эпидермалъною фактора роста. Ген erd, программирующий аналог этого рецептора, был обнаружен в составе онкогенного вируса птичьего миелобластоза. В настоящее время открыто несколько десятков онкогенов. В большинстве изученных случаев продукты этих онкогенов в здоровых клетках являются участниками передачи митогенных (т. е. управляющих митозами) сигналов. В ряде опухолей, в том числе человеческих, найдены онкогены, программирующие аналоги белка

страница 101
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.07.2017)