0)

_Гликоген

1 фосфорилаза (660)

_Глюкозо-1 -фосфат

| фосфоглюкомутаза (120С)

Гл юкозо-б-фосфат

I фосфогексоизочерача (10ЖЮ)

Ф руктозо-6-фосфат

| фосфофруктокиназа (510) \J Фруктозо-1,6 дифосфат альдолаза (72)) V

| иэомераэа фосфотриоэ |

З-Фосфоглицернпопыи альдегид

| ЛсГПДрОГСИЛ ill фОГ||н»ГЛ11НС'|И1||ОНОГО

| альдегида (1000) 1,3-Дифосфоглицерлт

j, фосфоглнцерагкпиаза (> 1000) З-Фосфоглицерат

| фосфогд1Н!сромУ1л-|а (>100()) 2-Фосфоглицерпт

j, енолаэа (1G0O)

Фосфоеиолпируват

j, фосфоеиолпируваткииаза (1400) Пируват

| ла::гатлепарого1иза (1500)

Лактат

фосфодиоксиацетон

Последовательность реакции гликолиза.

(В скобках даны средние значения активности ферментов.)

теми ферментами, которые конкурируют за использование ..субстратов, стоящих в точках перекреста нескольких метаболических путей. Однако имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные касаются в основном регуляции метаболизма в печени, сердечной и скелетной мышцах и в других органах. Работы тю выяснению специфичности энергетического и окислительного обмена и их контроля в головном мозгу интактного животного остаются единичными. Многие аспекты этой важной и необычайно сложной проблемы требуют дальнейших углубленных исследований.

На с. 39 приведены последовательность реакций гликолиза, а также средние значения активностей ферментов, катализирующих отдельные стадии в мозгу крыс (активность ферментов в мкмолях субстрата/час в расчете иа 1 г ткани). Из сопоставления активностей ферментов видно, что наиболее медленными стадиями^ которые могут ммдшр^вять Укор ость :датрка_ метаболитов по, гликолитической цепи, являются гексокиназная" й фосф'офруктоквдазная реакции.

Представление о количественном соотношении промежуточных компонентов гликолиза дают следующие средние результаты определения уровня метаболитов (мкмоли/г сырого веса ткани) в головном мозгу крыс (Bergmeyer, 1970):

Гликоген................ 1,9 —3,8

УДФ-глюкоза............. 0,08—0,17

Глюкоза................ 1,52 —3,70

Глюкозо-6-фосфат............ 0,039-0,049

Фруктозо-6-фосфат........... 0,017—0.023

Фруктозо-1,6-дифосфат......... 0,010—0,017

Фосфодиоксиацетон .......... 0,024

2- Фосфоглицериновын альдегид..... 0,021—0,046

3- Фосфоглицерат............ 0.085—0,100

2-Фосфоглицерат............ 0,010—0,016 .

Фосфоенолпируват........... 0,035—0,097

Пируват ................ 0,120—0,190

Лактат................. 1,25—1,70

Гексокиназная реакция

Для регуляции углеводного и энергетического метаболизма б головном мозгу в отличие от'Ттйени, скелетных мышц и других тканей особое, значение имеет гексокиназная реакция. Веж-' г:ость ее в нервной ткани состоит в том, что подавляющее количество (до 90—95%) глюкозо-6-фосфата, вовлекаемого в пель гликолитическнх превращений, образуется именно за счет реакций фосфорилирования свободной' ?>-глюкозы, которая поступает в мозг "из притекающей крови. В других тканях источ-

фата в фосфоглюкомутазной реакции.

Кроме того, гексокиназная реакция ^и^л^ся^домщифую* щим путем яололн^^пу^

поСЕольку глюкоза представляет собой основной^эн?ргетичеЪкий с^бсаш^

тов н ввод компонентов в гликолитическуюГ цепь через другие реакции (фосфбтрйозы и Ар.) в нервной ткани непъмёёт..?ущ& "сташйога^начения^ Все эти соображения" позволяют рассматривать гексокиназнз^ю реакцию гордый пудут контроля над скоростью энергетического обмена в головном мозгу.

Активность гексокиназы (АТФ : D-гексоза-б-фоофотрансфе-раза7 2.7.1.1) в головном мозгу относительно невелика», в среднем она составляет 350—450 мкмолей^_су^трата/г7л^ Однако при сравнении активности фермента вП4 различных тканях (мозг, печень, почки, легкие, сердечная ш скелетные мышцы, надпочечники и др.) Лонг обнаружил наиболее высокие значения в головном мозгу; эти данные подтверждены /и другими исследователями. Например, активность гексокиназы в сердечной мышце равна в среднем 210 мкмолей субстрата/г/ч, в скелетных мышцах — 115, в почках и селезенке — 120—130, в легких — 60, в печени — 25—30 мкмолей субстрата/г/ч.

Интересная особенность гексокиназы мозга отмечена при изучении распределения фермента между комстартментами клетки. В отличие от ряда других тканей в мозгу т?п 7Q—ЯО% рутинности ге^жЩ?™ ^ШШТ^Щ R Я н* внешней мембране митохондрий. Причины этого пока не совсем ;!ясныГ но можно предположить," что та к а я л ока л и з а ци я фермен-fтаобеопечивает наиболее быстрое и эффёктивное"фосфорилиро-1 ванне" глюкозы за счет АТФ, сищезированной в митохондриях.

* В экспериментах на препаратах гексокиназы, изолированной как из мозга, так и из других органов, установлено, что

фермент^^^ пР<Ш^к1??1~Р,1ак'ци?.^^ том^Для того чтобы оценить рольГтакогб" механизма регуляции в условиях in vivo, необходимо сопоставить величины константы ингибирования фермента и реально существующие концентрации глюкозо-6-фосфата в головном мозгу. Прямые анализы показывают, -что содержание этого метаболита в мозгу невелико. Например, как указывалось выше, в коре больших полушарий крыс оно составляет 0,04—0,05 мкмоля/г ткани. Допуская, что более 95% глюкозо-6-фосфата сосредоточено в цитоплазме, можно рассчитать примерную концентрацию метаболита в этом компартменте; она находится в пределах (6,0—6,6) • Ю-5 М. По данным ряда исследователей, величина константы ингибирования Ki цитоплазматической гексокиназы составляет (3,0— 4,0) «Ю-6 М, а митохондриального фермента (8,0—9,5) «10~5М.

ции адениновых нуклеотидов. Накопление аденозинтрифосфа-

41

та и возрастание отношения АТФ/АДФ приводит к усилению $л!ог5йлизации гексокиназы. Поскольку величина Ki цитонлаз-матичёской'' формы.4)^Р^ента-'на порядок ниже, концентрации глюкозо^б-г^осфата в. данном лшмдартменте, это вызовет замедление скорости фосфорилирования глюкозы и, следовательно,

то]шс^^ ПРИ УМ^?Ь1У?Н™ УР0ВНЯ АТФ

происходит новое связывание "фермента с ионамгГмагния в ми-тояондрйальнои мембране, .которое вследствие указанной раз-ницьГвШ'гчины Ki ведет к освобождению фермента от ингибирования глюкозо-6-фосфатом и повышению скорости фосфорилирования субетрзтаг

Изменения "Солюбилизацин гексокиназы происходят при концентрациях нуклеотидов, находящихся в «физиологических» пределах. Это обстоятельство позволило Фромму ,и другим авторам считать возможным существование описанного механизма регуляции активности гексокиназы в головном мозгу in vivo. "* E§!EL?™t ,пР°;веЙ?нные Лоури и соавторами, показывают, что в мозгуЗштактныхТ^ормальных животных гексокиназа находится йрЪшущесга^ состоянии. Увеличение доли мптохондриального фермента даже на несколько процентов приводит к значительному возрастанию скорости фосфорилирования глюкозы (из-за разности величин Ki). Следовательно, такой механизм регуляции обеспечивает значительный «запас мощности» фермента, позволяя быстро увеличивать скорость фосфорилирования глюкозы при изменении энергетического баланса в мозговой ткани без ускорения синтеза ферментативного белка. Иными словами, гексокиназная реакция, вовлекающая основной энергетический субст