Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

кающий лактат, несмотря на высокое содержание лактатдегидрогеназы. У взрослых людей, получаюших рацион, богатый углеводами, избыточные углеводы запасаются сначала в форме печеночного и мышечного гликогена, а затем в виде нейтральных триацилглицеринов, которые образуются в печени и в жировой ткани. Однако при нагрузке гликолиз в мышце значительно усиливается; образующийся лактат удаляется печенью из тока крови, где он превращается в гликоген. В течение нескольких часов, считая от последнего приема пищи, печеночный гликоген используется для поставок в кровь глюкозы, единственного «топлива», приемлемого для мозга; печень перестает «гликолизировать», переключается на окисление жирных кислот для собственного обеспечения энергией и начинает превращать аминокислоту в глюкозу. Эти явления свидетельствуют о том, что скорости действия ферментных систем, совокупность которых составляет какой-либо путь, определяются не только количеством этих ферментов и их субстратов. Очевидно, именно поэтому не удалось получить доказательств существования в метаболизме ряда бесполезных циклов, которые можно было теоретически допустить на основании схемы метаболизма (рис. 14.1). В самом деле, полное сопряжение всех путей гликолиза и глюконеогенеза

глюкоза ->¦ 2 лактат ->¦ глюкоза

должно было бы составить гигантский бесполезный цикл, результат которого выразился бы в гидролизе 4 молей АТР за одни оборот; в этом случае для повторного синтеза глюкозы должен был

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

593

бы утилизироваться тот АТР, который образуется при гликолизе. Однако, как известно, скорости протекания этих процессов в клетке в норме соответствуют потребности и сопровождаются относительно малыми потерями энергии.

Координация скоростей протекания гликолиза и глюконеогенеза в соответствии с физиологическими потребностями обеспечивается действием разнообразных контрольных механизмов, которые варьируют для каждого индивидума в зависимости от времени, а также от органа к органу и от вида к виду.

1. В печени, как и везде в организме, наивысшая скорость гликолиза составляет не более 10% той скорости, которая могла бы установиться, если бы фермент, мощность которого лимитирует скорость процесса, а именно фосфофруктокиназа, действовал максимально. (Термин мощность применяется здесь в смысле характеристики числа молей субстрата, изменяющихся в минуту, т.е. позволяет связать концентрацию фермента и число его оборотов при существующих условиях.) Это не совсем так для обратного направления процесса; количество пируваткарбоксикиназы лишь ненамного превышает то, которое необходимо для поддержания наблюдаемых скоростей глюконеогенеза. Гликолиз постоянно происходит в печени, жировой ткани и почках. Однако скорость его in vivo составляет лишь очень малую долю скорости, наблюдаемой в экспериментальных условиях, когда эти ткани инкубируются анаэробно. В мышце скорость гликолиза лимитируется скоростью использования АТР для сокращения; гликолитическая мощность этого органа определяется мощностью фосфофруктокиназы, которая должна соответствовать таковой для фосфорилазы гликогена (разд. 15.3.2) —-фермента, ответственного за расщепление гликогена и поступление резервной глюкозы в эту систему.

2. Концентрации большинства метаболитов в тканях обычно соответствуют порядку значений Km, измеренных в реакциях, где они участвуют. Единственное исключение, по-видимому, представляет пнруваткарбоксикиназа; тканевая концентрация оксалоацетата составляет лишь около 10% наблюдаемой Km, что позволяет предположить действие каких-то еще не выявленных активаторов.

3. Главные известные в настояшее время контрольные механизмы гликолиза в принципе проявляются на трех киназных стадиях: гексокиназной, фосфофруктокиназной и пируваткиназной. Примечательно, что все эти стадии являются необратимыми стадиями гликолиза; все они ограничены участием в гликолитическом пути и не играют роли в глюконеогенезе. Благодаря такой организации обратимые стадии могут свободно участвовать в глюко-неогенезном пути.

4. Некоторые из выявленных главных специфических контрольных устройств гликолиза и глюконеогенеза суммированы на рис. 14.9; показана регуляция по принципу положительной прямой

1 ADP I-

I AMP I—

I глюкоза]

ATP

JadpI

??

rbP\---

j фруктозо-b-?I

ATP

ADP

Нфрукгпозо-1,Ь-8и-Р

) гпицервльВегиВ-ЗР

I

I I

I

Ala] JNADH | | ATP | |Cit| | Ж К

NAD+ NADH

ADP ATP

?;

I

I

? il

_ J

Рис. 14.9. Некоторые контрольные механизмы, оперирующие в гликолизе и глюко-иеогенезе. Полые стрелки обозначают пути реакций. Сплошными линиями (стрелки) показаны активаторы, штриховыми — ингибиторы, ЖК — жирные кислоты, Cit — цитрат, Ala — аланин, PEP — фосфоенолпируват; все другие сокращения либо очевидны сами собой, либо стандартны. (Взято с некоторыми изменениями из работы [Weber С, Adv. Enz. Requl., 7, 37, 1969].)

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

595

связи двумя метаболитами и рядом ингибиторов и - активаторов. Каждый фермент вполне чувствителен к изменениям в концентрации каждого ингибитора или эффектора в пределах их физиологической роли. Глюкозо-6-фосфатаза и фруктозодифосфатаза могут быть ннгибированы вплоть до нескольких процентов их максимальной активности. Для функционирования пируваткиназы необходима активация положительными эффекторами; в пределах физиологических концентраций отрицательных эффекторов она может быть полностью подавлена. Пируватдегидрогеназа — единственный представитель в этой серии ферментов, который блокируется вследствие образования ковалентной связи с ингибитором (разд. 12.2.4). Контролирующие скорость процесса внутренние механизмы, присущие гликолитической системе, недостаточно изучены. Ясно, что итоговая скорость гликолиза должна определяться доступностью субстрата, утилизацией АТР и концентрациями различных ферментов. У дрожжей определенно лимитирующими являются максимальная активность фосфофруктокиназы, пируваткиназы и альдолазы, которые составляют лишь 1—10% активностей енолазы, глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназы и фосфоглицер-аткиназы. В результате некоторые реакции протекают в близких к равновесным условиях, в то время как реакции, катализируемые гексокиназой, фосфофруктокиназой, глицеральдегидфосфатдегид-рогеназой и пируваткиназой, далеки от своего равновесия в условиях стационарного состояния клетки. В действительности, будучи открытой системой, живая клетка, очевидно, не может достигать стационарного состояния, если при потоке веществ и энергии через эту систему истинная концентрация каждого промежуточного продукта сохраняется постоянной. В качестве примера на рис. 14.10 приведена запись концентрации NADH в бесклеточном дрожжевом экстракте. Такие колебания концентрации, продолжающиеся

140 мМ трегапоза

NAD -восстановление

Рис. 14.10. Колебания NAD+/NADH в бесклеточном экстракте дрожжей. Когда загас глюкозы приближался к истощению, в среду вводили трегалозу, которая может сбраживаться после гидролиза, и регистрировали концентрацию NADH по его поглощению. [Руе К., Chance В., Ргос. Natl. Acad. Sci. U. S., 55, 888, 1966.]

596

III. МЕТАБОЛИЗМ

бесконечно,—*в основном результат непрерывных изменений скорости фосфофруктокиназной реакции, так как меняются концентрации ее субстрата, продукта и эффектора. Изложенные представления существенным образом подтверждаются на примере действия пируваткиназы, а также многих других ферментов, активность которых подвержена постоянным, хотя и не столь резким изменениям. Соответственно концентрационные зависимости промежуточных продуктов гликолиза должны были бы так же отразить эти колебания, причем некоторые из этих зависимостей должны быть синхронны с таковой для NADH, а другие, естественно, не совпадают с ней.

5. В структуре ключевых участвующих ферментов заложена способность принимать то, что можно назвать гликолитическим или глюконеогенезным сигналом. Гликолитическая система и пи-руватдегидрогеназа тормозятся АТР, цитратом, жирными кислотами и ацетил-СоА при их наивысших физиологических концентрациях. Понижение концентрации всех этих веществ приводит к ослаблению торможения, давая сигнал о том, что не только снижается [АТР], но уменьшается и поступление главных топливных субстратов окислительной машины митохондрий. Одновременное возрастание [AMP] и [ADP] может служить источником положительных сигналов для активации как гексокиназы, так и фосфофруктокиназы. Как только в результате активации ферментов начинают возрастать концентрации глюкозо-6-фосфата, фрук-тозодифосфата и глицеральдегид-3-фосфата, каждый из этих продуктов посылает сигнал для активации пируваткиназы. Если, однако, поступление глюкозы невелико и налицо соответствующий приток жирных кислот, то окисление их становится преобладающим процессом; при этом адениновые нуклеотиды полностью заряжены, концентрация интермедиатов цикла лимонной кислоты увеличивается, положительные стимулы гликолиза устраняются и вновь включается торможение гликолиза. Главные факторы, ограничивающие активность фруктозодифосфатазы, следующие: концентрация AMP снижается; повышение [ацетнл-СоА] активирует пируваткарбоксилазу; отношение [NAD^J/fNADH] в цитозоле возрастает, вызывая превращение лактат—>-ппруват; увеличение [пирувата] сдвигает положение равновесия пнруватаминотрансфе-разной реакции (гл. 21)

пируват 4- глутамат < t аланин 4- а-кетоглутарат

таким образом, что возрастающая концентрация аланина закрепляет торможение пируваткиназы и предшественники глюконеогенеза направляются в сторону глюкозы.

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

597

6. Заслуживает внимания механизм контроля системами АТР/АМР и NAD^/NADH. В нормальных аэробных тканях эти системы отрегулированы таким образом, что [АТР]/[АМР] = = 500 и [NAD L]/[NADH] изменяется в интервале от 750 до 1000. [NAD+] составляет около 1 ммоль/л, [NADH] ~ 1 мкмоль/л. Снижение [NAD+] на 10% (до 0,9 ммоль/л) было бы трудно зарегистрировать, если бы оно не приводило к увеличению [NADH] от 1·10~6 до 1,0· Ю-4 моль/л, т. е. в 100 раз. Подобные соображения прнложим

страница 12
< 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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2019)