Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980

Биосинтез; как образуются новые молекулы
Регуляция процессов биосинтеза
Фосфофруктокиназа - ключевой регуляторный фермент

В большинстве клеток метаболические взаимопревращения глюкозо-1-фосфата, глюкозо-6-фосфата и фруктозо-6-фосфата достигают состояния равновесия или сильно приближаются к равновесию. Что же касается фосфорилирования фруктозо-6-фосфата до фруктозо-1,6-дифосфата за счет АТР (рис. 11-11, наверху, в центре), то оно обычно далеко не достигает равновесия. Этот факт был установлен сравнением величины отношения действующих масс

[Фруктозодифосфат] [АРР]/[Фруктозо-6-фосфат] [АТР],

измеренной в тканях с известной величиной константы равновесия этой реакции. В случае равновесия эти две величины должны быть равны (разд. В,3). Экспериментальные методы определения четырех метаболических концентраций в тканях (необходимых для оценки отношения действующих масс) представляют интерес, в связи с чем мы кратко остановимся на них. Ткани должны быть очень быстро заморожены. Чаще всего это делают, сжимая их между двумя массивными алюминиевыми пластинками, охлаждаемыми жидким азотом¹). Этим методом ткани удается охлаждать до —80 °С быстрее чем за 0,1 с. Замороженные ткани размельчаются, обрабатываются охлажденным агентом, денатурирующим белки, таким, как, например, хлорная кислота, и анализируются.

Для реакции, катализируемой фосфофруктокиназой, отношение действующих масс в сердечной мышце оказалось равным 0,03 [45], что значительно меньше константы равновесия, которая равна 3000 (вычислена из значения ∆G(pH7) = —20,1 кДж∙моль^-1). Поскольку эта практически необратимая реакция в тканях очень далека от равновесия, фосфофруктокиназу можно рассматривать как фермент, лимитирующий общую скорость гликолиза (гл. 6, разд. Е,1). В соответствии с этой ролью фосфофруктокиназы становится понятным тот факт, что этот фермент чувствителен к действию различных аллостерических ингибиторов и активаторов (рис. 11-11)²⁾. Фосфофруктокиназа ингибируется высокими концентрациями АТР; АМР же оказывает активирующее действие.

Таким образом, критическим фактором в регуляции этого фермента, так же как и многих других ферментов, участвующих в процессах гликолиза и глюконеогенеза, является стадия фосфорилирования адениловой системы. Имеются основания считать, что эту первую и наиболее важную стадию гликолиза «включает» АМР. Состояние адениловой системы оказывает влияние также на последующие стадии при гликолизе и в цикле трикарбоновых кислот. Таким образом, уменьшение концентрации АТР вызывает ингибирование процесса окисления пирувата и изоцитрата. Кроме того, в начальной стадии фосфоролиза гликогена и при окислении триозофосфатов необходимо наличие неорганического фосфата. Следовательно, быстрое потребление АТР клеткой (например, при мышечном сокращении) приводит к уменьшению концентрации АТР и увеличению концентрации АМР и P_i. Все эти изменения активируют процесс гликолиза. Однако, если мышечная активность прекращается и содержание АТР возрастает, наблюдается ингибирование сразу нескольких стадий гликолиза (рис. 11-11).

¹⁾ Детали см. в книге Ньюсхолма и Старта [45].

²⁾ Из аллостерических ингибиторов, оказывающих влияние на этот фермент, можно указать на ионы цинка, константа связывания для которых равна приблизительно 0,3 мкм [46а].

РИС. 11-11. Сопряженные друг с другом пути гликолиза, глюконеогенеза и окисления жирных кислот, а также синтезов с указанием некоторых способов регуляции: (→) — реакции гликолиза и окисления, протекающие через цикл трикарбоновых кислот. Сплошные жирные стрелки указывают путь углерода от гликогена (верхний правый угол) к СО₂. (→) — биосинтетические пути. Прерывистые жирные стрелки означают глюконеогенезный путь от пирувата через оксалоацетат и малат.