1965) Enzymes, M. I. Т. Press.

84. Cleland W. W. (1967) Ann. Rev.-Biochem 36, 77—86.

85. Hatefi Y., Yagi Т., P h e 1 p s D. C. et al. (1982) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79, 1756—1760.

86. Vinci er C. (1982) Biochem. Biophys. Res. Commun. 99, 1095—1100.

87. Kohlbrenner W. E., Boyer P. D. (1980— l*st EBEC-Reports, v. I, pp. 205—206, Patron Editore, Bologna.

88. S chafer G. (1978) in Energy Concervation in Biological Membranes (Schafer G., Klingenberg M., eds.), pp. 243—246, Springer—Verlag, Heidelberg—New-York.

89. Schafer G. (1978) .in Frentiers of Biological Energetics (Dutton P. L. et al. eds.), p. 484—493, Acad. Press, N. Y.

90. Schafer G. (1982) FEBSLett. 139, 271—275.

91. Schafer G., Onur G, Strotraan H. (1978) in Energy Conservation in Biological Membranes (Schafer G. and Klingenberg M., eds.), p. 220—227, Springer—Verlag, Heidelberg — New York.

92. Дженkc В. Катализ в химии и энзимологии. Мир, М., 224—252.

93. Vambutas V. К., Racker Е. (1965) J. Biol. Chem. 240, 2660—2667.

94. Fergusson S. J., John P., Lloyd W. J. et al. (1976) FEBSLett. 62, 272—275.

95. Ernster L., Carlsson C, Hundal T. et al. (1979) Methm. Enzymol. 55F, 399—407.

96. Gomez-Puyou A., Gomez-Puyou M. Т., Ernster L. (1979) Biochim. Biophys. Acta 547, 252—257.

97. Pullman M. E., Monro у G. С. (1963) J. Biol. Chem. 238, 3762—3769.

98. Van de Stadt R. J., Boer B. L. de, Dam K- van (1973) Biochim. Biophys. Acta 392, 338—349.

99. Mинков И. В., Виноградов А. Д. (1973) Биохимия 38, 542—547. 100. Sedel I. Н. (1975) Enzyme Kinetics, John Wiley, N. Y.

молекулярные свойства и регуляция ферментативной активности киназы фосфорилазы 1

П. Л. Вульфсон

(Кафедра биохимии биологического факультета МГУ)

Киназа фосфорилазы (АТФ-фосфорилаза Б фосфотрансфераза КФ 2.7.1.38) катализирует фосфорилирование фосфорилазы Б, превращая ее в активную форму — ФА [1]. Киназа фосфорилазы является ключевым ферментом регуляции обмена гликогена [2—4]. Регуляция скорости гликогенолиза особо важное значение имеет для скелетной мускулатуры, так как функция мышечной ткани зависит от скорости распада и синтеза гликогена — основного источника энергии мышечного сокращения. В зависимости от состояния ткани активность ферментов, участвующих в этих реакциях — КФ, фосфорилазы и гликогенсинтазы — регулируется путем ковалентной модификации: реакции фосфорилирования — де-фосфорилирования, приводящей эти ферменты в активированную или неактивированную форму [1—6]. С открытием цАМФ-зависи-мой протеинкиназы, активирующей КФ путем фосфорилирования [7], связан новый этап исследований, показавших, что фосфорилирование белков является общебиологическим механизмом регуляции физиологической активности тканей млекопитающих [2, 6]. Первым примером такого способа регуляции ферментативной активности была реакция, катализируемая КФ.

Установлено, что выделение ионов Са2*" из саркоплазматиче-ского ретикулума в цитоплазму, происходящее при сокращении мышц, сопровождается активацией КФ. При этом для активации-фермента требуется такая же концентрация Са2*, которая необходима для сократительного акта (Ю-6—Ю-5 М). КФ проявляет свою активность только в присутствии Са^, независимо от того, находится ли она в неактивированной или в активированной форме [8, 9]. С другой стороны, неактивированная КФ (с низкой активностью при рН 6,8) при фосфорилировании под влиянием цАМФ-зависимой протеинкиназы превращается в активированную форму [3, 4, 6]. Этот процесс обусловлен повышением концентрации» цАМФ в клетке в ответ на взаимодействие адреналина с р-адрено-рецепторами, вызывающее активацию аденилатциклазы [10, 11].

1 Принятые в статье сокращения: киназа фосфорилазы — КФ, фосфорилаза Б — ФБ, фосфорилаза А — ФА, кальмодулни — КМ, саркоплазматический рети-кулум — СПР, этиленгликоль бис (2-аминоэтиловый эфир) NiN'-тетраацетат — ЭГТА, гликогенсинтаза — ГС, циклический 3', 5' — АМФ —цАМФ, додецилсуль-фат натрия — DS-Na, неорганический фосфор — Рн-

54

Таким образом, значительное ускорение гликогенолиза при усиленной мышечной деятельности достигается с помощью каскада реакций, связанного с фосфорилированием КФ, которая в свою очередь фосфорилирует ФБ и ГС. Фосфорилированная форма КФ, обладающая большим сродством к своим белковым субстратам, повышает скорость распада гликогена и обеспечивает образование АТФ для мышечного сокращения. В последние годы в ряде работ было показано, что КФ способна фосфорилировать не только ФБ, но и ГС, активность которой при этом подавляется [12—16]. Следовательно, две противоположные реакции — распад и синтез гликогена — синхронно регулируются с помощью КФ. Кроме того, предполагается, что участие КФ в сопряжении процессов гликогенолиза и мышечного сокращения связано с активацией ее тропо-нином С [17—19].

КФ характеризуется сложной молекулярной структурой: ее молекула, состоящая из 4 различных субъединиц, имеет молекулярный вес выше 1 млн. [20—23]. Изучение физико-химических и кинетических свойств и функции субъединиц направлено на выяснение механизмов каталитической реакции и регуляции фермента [24].

В настоящей статье мы попытались обобщить накопившиеся в литературе данные, уделив основное внимание рассмотрению работ, посвященных изучению молекулярных свойств фермента, роли субъединиц КФ в каталитической реакции и в регуляции ферментативной активности.

Молекулярные свойства киназы фосфорилазы

В 1956 г. был описан фермент, катализирующий перенос фосфо-рильного остатка АТФ на ФБ, названный «киназой фосфорилазы> [1]. Стехиометрия ферментативной реакции соответствовала переносу 4 молей фосфата на моль ФБ и практически считалась необратимой: 2ФБ+4]\^-АТФ->-ФА-т-4Мд-АДф [25]. Димер ФБ, неактивный в отсутствие АМФ, превращался в тетрамер фосфорилазы А, не требующий для активности АМФ [26, 27]. Было показано, что фосфорилирование остатков серина в молекуле ФБ может происходить поэтапно, так что образуются не полностью фосфорилированные «гибридные» формы фосфорилазы [28]. Несколько лет тому назад появилась работа, в которой была обнаружена обратимость киназной реакции [29]. Необходимым условием обратимости реакции являлось присутствие в реакционной среде глюкозы, связанное, по-видимому, с влиянием ее на диссоциацию тетрамера ФА на димеры [30, 31]. Очевидно, субстратом КФ служит димерная форма фермента.

КФ составляет примерно 1 % растворимых белков мышц [3, 23] и находится в двух молекулярных формах, называемых «активированная» и «неактивированная» киназа. Максимальная активность обеих форм проявляется при рН 8,2—9,0. Первая форма почти неактивна при нейтральных рН, а активность ее при рН 8,2 состав-

55

ляет около 70% от активности второй [21, 23]. Соотношение активностей, определяемых при рН 6,8 и 8,2, служит мерой степени активации фермента. Для неактивированной формы это соотношение равно 0,01—0,05, для активированной — от 0,3 до 1,0. Для проявления ферментативной активности обе формы киназы нуждаются в присутствии ионов Са2+ [3,21]. Судя по отношению активностей при рН 6,8 и 8,2, в покоящейся мышце фермент н