IV. Биохимические основы механизмов гомеостаза

Предыдущая: Индукция биосинтеза белков

Поскольку все ферменты являются белками, количество их меняется при изменении скорости не только синтеза, но и распада. Скорость распада белков (и ферментов) значительно варьирует как у различных видов животных, так и у разных белков у одного и того же животного. В качестве примера можно привести величину полураспада (t_1/2) альбумина крови, которая составляет (в сутках): для мыши - 1,2, для крысы - 2,5, для кролика - 5,7, для собаки - 8,2, для коровы - 20,7. Еще более различны величины t_1/2, для разных ферментов. Так, t_1/2, орнитиндекарбоксилазы в печени крыс составляет 11 мин, а лактатдегидрогеназы - 16 сут (Rechcigl М., 1971).

Поскольку гомеостатические механизмы могут в той или иной степени зависеть от скорости распада биологически активных белков (ферментов), этот аспект регуляции представляется весьма важным. Пока известно сравнительно мало о том, что определяет распад белков в тканях. Для распада белка очень важны свойства молекулы белка, так как белок распадается только тогда, когда молекула его примет определенную конформацию. Взаимодействие белков с другими белками или низкомолекулярнымн субстратами может изменять конформацию активных белков и делать их более или менее устойчивыми к распаду. С этих позиций представляет большой интерес так называемая субстратная индукция ферментов. В первых работах относительно гормональной индукции ферментов было выдвинуто предположение, что для ряда ферментов (триптофаноксигеназа и тирозинаминотрансфераза) существуют два вида индуцирующих агентов: глюкокортикоиды и субстраты (Knox W. Е., 1951; Din Е. С., Knox W. Е., 1957).

Это положение было основано на том, что активность двух указанных ферментов увеличивается после введения животным субстратов этих ферментов, т. е. триптофана и тирозина. Однако введение тирозина приводило к увеличению активности фермента только у интактных, но не у адреналэктомированных животных, что свидетельствовало об участии надпочечников в реализации действия субстрата. В дальнейшем R. Т. Schimke и соавт. (Schimke R. Т. et al., 1965; Schimke R. Т., 1966) убедительно доказали, что увеличение активности триптофаноксигеназы после введения животным триптофана не является истинной индукцией, а связано со стабилизацией фермента и снижением скорости его распада. Действительно, триптофаноксигеназа, выделенная из печени получавших триптофан крыс, более устойчива к денатурирующим воздействиям, чем фермент из печени интактных животных.

Эти данные R. Т. Schimke были подтвреждены в последующем другими авторами. М. L. Shore и соавт. (1971) показали, что t_1/2 триптофаноксигеназы в печени крыс составляет 1,3 ч, а после введения триптофана в дозе 100 мг на 100 г массы тела равна: через 2 ч - 25,9 ч, через 3 ч - 5,5 ч, через 4 ч - 4,1 ч, через 8 ч - 3,3 ч. В отличие от этого кортикостероиды вызывают увеличение скорости биосинтеза этого фермента, как уже указывалось выше. В целом влияние кортикостероидов и субстрата может быть иллюстрировано на примере триптофаноксигеназы следующим образом (рис. 17).

Введение животным гидрокортизона приводит к увеличению активности фермента вследствие увеличения скорости его синтеза, а субстрат (триптофан) повышает стабильность фермента, не влияя на его синтез. Совместное введение гормона и субстрата имеет следствием интеграцию этих двух механизмов, в результате чего ферментативная активность возрастает особенно резко.

Недавно получены интересные данные относительно причин распада ферментов in vivo. N. Katunuma и соавт. (1972) обнаружили в тканях животных присутствие особых протеиназ, которые расщепляли ферменты, содержащие в качестве коферментов пиридоксальфосфат (ПЛФ), никотинамидадениндинуклеотид (НАД) или флавинадениндинуклеотид (ФАД). Эти протеиназы обнаружены в тонком кишечнике, печени и мышцах крыс. Каждый фермент "работает" строго избирательно. Например, протеиназа, расщепляющая ПЛФ-ферменты, не воздействует на НАД- или ФАД-ферменты. Активность этих специфических протеиназ изменяется при изменении физиологического состояния животных. Как видно из данных, табл. 5, активность протеиназ может значительно повышаться (В₆-авитаминоз, высокобелковый рацион) либо снижаться (недостаточный по белку рацион). Такое изменение активности протеиназ является одним из факторов поддержания гомеостаза, так как приводит к соответствующему увеличению (или снижению) количества ПЛФ-ферментов в тканях, катализирующих важнейшие реакции обмена в тканях.

В последних работах получены данные, характеризующие свойства специфического инактивирующего фермента, выделенного из кишечника крыс (Beynon R. Т., Kay J., 1978). Этот фермент имеет молекулярную массу около 33 000, является, вероятнее всего, сериновой протеиназой и в 100 раз активнее расщепляет ферменты, чем трипсин; концентрация его в кишечнике примерно 3 мкг на 1 г сырой массы.

Не исключена возможность, что определенная роль в распаде тканевых ферментов принадлежит протеиназам лизосом, так как установлена прямая зависимость между химической стабильностью белков и их устойчивостью к гидролитическому действию лизосом. Неясно еще, действуют ли ферменты лизосом непосредственно на тканевые ферменты или же на пептиды, образующиеся в результате протеолиза под влиянием уже упоминавшихся специфических инактивирующих ферментов.

В последнее время получены данные в пользу того, что инактивация ферментов in vivo начинается с денатурации. Эта стадия осуществляется при участии фракции микросом и подготавливает фермент к действию специфических протеиназ (Ballard F., Hopgood М., 1974). Несомненно, что очень большое значение имеет конформация молекул ферментов, которая облегчает или, наоборот, затрудняет действие инактивирующих ферментов. Наконец, инактивация фермента может происходить и без распада, только путем перехода фермента в особую, устойчивую к распаду, конформацию. Однако каковы бы ни были механизмы распада или инактивации ферментов, регуляция этих процессов очень важна для поддержания ферментативной активности на определенном уровне.

Продолжение: Регуляция активности ферментов в тканях

К оглавлению

Литература [показать]