Креатинкиназная система: транспортная функция
Современный этап в изучении креатинкиназной системы, ознаменовавшийся ревизией "классических" представлений, начался в конце 60-х годов, когда объектом исследования физиологов стала сердечная мышца. В конце 60 -70-х годов стало ясно, что большая часть, если не все, "растворимые" белки в клетке взаимодействуют между собой и с внутриклеточными структурами [ Clegg.J.S. ea 1984 , Курганов ea 1986 ]. Было высказано предположение, что компартмент в клетке необязательно должен быть ограничен мембраной, как, например, митохондрии, и что компартментом может быть микросреда в области прочно или даже слабо взаимодействующих белков, а также около внутриклеточных поверхностей. Такого рода компартменты стали называть метаболическими и функциональными компартментами, а также микрокомпартментами [ Srere, ea 1974 ]. Микрокомпартмент не имеет видимых физических границ, хотя и сохраняет полную или частичную кинетическую изоляцию [ Friedrich, ea 1991 ]. Представления о компартментации метаболизма были широко использованы при анализе работы креатинкиназной системы в сердечной мышце. В 1968 г. Геркен и Шлетте [ Gerken, ea 1968 ] установили, что при перфузии сердца кролика раствором, содержащим ингибитор КК, утомление наступает при снижении концентрации АТР всего лишь на 15-20%. Авторы предположили, что большая часть внутриклеточного АТР не может непосредственно достигнуть сократительных белков, так как адениловые нуклеотиды не диффундируют свободно между местами их образования и потребления. В 1970 г. Гудбьярнасон и соавт. [ Gudbjarnason, ea 1970 ] показали, что ишемическая сердечная мышца перестает сокращаться, когда весь КФ израсходован, а концентрация АТР остается на уровне 80% от контроля. Из этих наблюдений также был сделан вывод, что АТР в клетках сердца компартментализован. Незадолго до этих работ, в 1964 г., были открыты изоферменты КК: 3 цитоплазматические формы, MM , MB и ВВ , построенные из субъединиц двух типов [ Eppenberger, ea 1964 ], и митохондриальный изофермент - мт-КК [ Jacobs, ea 1964 ]. Вскоре появился ряд работ, выполненных на митохондриях из мышц и сердца, которые показали, что Кр стимулирует дыхание митохондрии вследствие того, что мт-КК, локализованная на наружной поверхности внутренней мембраны [ Jacobus, ea 1973 , Vial, ea 1972 ], может эффективно регенерировать ADP [ Vial, ea 1972 , Jacobus, ea 1973 , Bessman, ea 1966 ]. Отсюда следовало, что в физиологических условиях макроэргический фосфат должен выходить из митохондрии и переноситься к местам потребления не в виде АТР, а в форме молекул КФ. Следовало ожидать также, что в местах потребления энергии должна находиться КК, обеспечивающая обратный перенос фосфорила с КФ на ADP. Исследования показали, что, действительно, в скелетной и сердечной мышцах КК связана не только с митохондриями, но и с миофибриллами [ Ottaway.J.H. ea 1967 , Scholte. ea 1973 , Ogunro, ea 1977 ], саркоплазматическим ретикулумом [ Ogunro, ea 1977 , Kleine, ea 1965 , Baskin, ea 1970 ], плазматической мембраной [ Сакс ea 1976 ], ядром [ Ерашова ea 1979 ].
В сердце цитоплазма содержит половину ММ-формы, а также всю МВ-и ВВ-КК; их суммарная активность составляет 40-50% от общей активности КК [ Scholte. ea 1973 , Saks, ea 1974 ].
В митохондриях содержится 20-40% активности [ Scholte. ea 1973 , Saks, ea 1974 ], а остальное приходится на долю других внутриклеточных структур [ Scholte. ea 1973 , Saks, ea 1974 ].
В скелетных мышцах, где содержание митохондрии невелико, на их долю приходится только 2,5-6 % от общей активности КК [ Сакс ea 1977 , Schmitt.T, ea 1985 ], хотя удельная активность мт-КК в скелетных мышцах не ниже, чем в сердце [ Сакс ea 1977 , Липская ea 1987 ].
В миофибриллах сердца и скелетных мышц млекопитающих ММ-КК является интегральной частью М-линии [ Wallimann, ea 1985 ]; в скелетных мышцах на долю этой КК приходится 5% от общей активности фермента [ Wallimann, ea 1985 ], а большая часть остальной активности присутствует в цитоплазме.
Ряд работ был посвящен изучению потенциальных возможностей КК, связанной с мофибриллами (см. обзор [ Ventura-Clapier, ea 1994 ]). Было показано, что АТР, образованный в креатинкиназной реакции, имеет преимущественный доступ к активным центрам ATРазы миозина по сравнению с АТР среды [ Bessman, ea 1980 , Savabi, ea 1983 ], a ADP, образованный в АТРазной реакции, более доступен для КК, чем для добавленной извне пируваткиназы [ Saks, ea 1984 ]. В присутствии КФ и ADP миофибриллы сокращаются быстрее и сильнее и лучше расслабляются, чем в присутствии одного только АТР, даже при его высокой концентрации [ Savabi, ea 1983 ]. В присутствии КФ и эндогенной КК гораздо меньшие концентрации АТР нужны для того, чтобы обеспечить расслабленное состояние миофибрилл, чем в отсутствие КФ [ Veksler, ea 1984 , Ventura-Clapier, ea 1985 ] или в присутствии добавленной пируваткиназной системы [ Ventura-Clapier, ea 1985 ]. В присутствии КФ Кm миофибриллярной АТРазы для MgATP снижается [ Krause, ea 1992 ]. Был сделан вывод, что во время активности КК и соответствующие АТРазы образуют функциональные компартменты , создающие диффузионные ограничения для АН ; благодаря активности КК концентрация АН в компартментах отличается от их концентрации в остальной цитоплазме, и именно эти локальные концентрации определяют функциональную активность АТРаз, в частности АТРазы миозина [ Savabi, ea 1983 , Saks, ea 1984 , Елизарова ea 1978 ]. В результате этих исследований было сформулировано представление о транспортной функции креатинкиназной системы ( рис. 1 ). Согласно этому представлению, АН компартментализованы в местах их синтеза и потребления; ММ-КК в миофибриллах и мт-КК функционируют однонаправленно, т.е. в условиях, далеких от равновесия (на рис. 1 направление активности показано стрелками); движение макроэргического фосфата между местами запасания и потребления энергии осуществляется через "креатинфосфатный челнок" [ Bessman, ea 1981 ].
Смотрите также:
