ФОСФОРИЛАЗЫ

ФОСФОРИЛАЗЫ — ферменты, катализирующие реакции фосфоролиза, т. е. переноса гликозильной группы на неорганический фосфат или, наоборот, с гликозилфосфата на соответствующий акцептор. В связи с этим Фосфорилазы относят к подклассу гликозилтрансфераз (КФ 2.4) класса трансфераз (см.).

Помимо реакций фосфоролиза (см.), осуществляемых при действии Фосфорилаз и при участии фосфата, известны ферментативные реакции расщепления нек-рых соединений при участии пирофосфата (см. Фосфорные кислоты). Ферменты, катализирующие такие реакции, носят название пирофосфорилаз. Генетически обусловленная недостаточность нек-рых Фосфорилаз является причиной тяжелых наследственных болезней (см.). Фосфорилазы широко распространены в природе, они присутствуют в тканях животных, растений и в микроорганизмах.

Наиболее изучены Ф. полисахаридов (см.). Различают животные и растительные Ф. Первые катализируют реакции фосфоролитического расщепления гликогена (см.), вторые — крахмала (см.). Одна ступень действия Ф. на полисахарид может быть изображена уравнением: (C₆H₁₀O₅)_n + H₃PO₄ ⇄ (C₆H₁₀O₅)_n-1 + глюкозо-1-фосфат. При этом разрывается и соответственно замыкается α-1→4-глюкозидная связь полисахарида. Укороченная на одну глюкозную единицу цепь полисахарида снова подвергается действию фермента с образованием новых молекул глюкозо-1-фосфата до тех пор, пока расщепление не дойдет до α-1→6-связи, к-рая расщепляется уже гидролитическим путем при участии другого фермента — амило-1,6-глюкозидазы (см. Глюкозидазы), после чего снова продолжается действие Ф., пока расщепление не дойдет до следующей α-1→6-связи и т. д.

У животных Ф. содержатся гл. обр. в печени и мышцах. Они встречаются в двух формах — активной (фосфорилаза а) и слабо активной (фосфорилаза b). Молекула фосфорилазы а состоит из четырех идентичных субъединиц, а фосфорилазы b – из двух субъединиц. Превращение слабо активной фосфорилазы b в активную фосфорилазу а осуществляется под действием фермента киназы фосфорилазы b (см. Киназы) при участии АТФ и ионов Mg²⁺. В результате этой реакции происходит фосфорилирование (см.) фосфорилазы b и ее димеризация: две молекулы фосфорилазы b соединяются в одну молекулу фосфорилазы а:

Равновесие этой реакции сильно смещено в сторону образования фосфорилазы а. Реакция практически необратима. Однако благодаря наличию в животных тканях особой фосфатазы фосфорилазы а активная форма фермента превращается в слабо активную; при этом фосфорилаза а распадается на две молекулы фосфорилазы b:

Фосфорилаза b может снова превращаться в фосфорилазу a и т. д.

Схема каскадного механизма активации и деактивации фосфоролиза гликогена в скелетной мышце.

Фосфорилазы а и b (КФ 2.4.1.1) выделены в кристаллическом виде из мышц и печени животных. Изучение их состава показало, что обе формы фермента содержат пиридоксальфосфат (см. Пиридоксин) в качестве простетической группы (см. Коферменты). Кроме того, в составе фермента имеются остатки серина (см.), играющие существенную роль в каталитической активности. При превращении фосфорилазы b в фосфорилазу а происходит фосфорилирование остатка серина, а при превращении фосфорилазы а в фосфорилазу b — его дефосфорилирование. Установлено, что в организме животного превращение фосфорилазы b в фосфорилазу а ускоряется под действием адреналина (см.) и глюкагона (см.) и угнетается под действием инсулина (см.). В целом регуляция активности Ф. осуществляется по каскадному типу (см. схему) и включает участие, помимо названных ферментов, и кофакторов циклического 3′,5′-АМФ и протеинкиназы (КФ 2.7.1.37).

Приведенные на схеме реакции обеспечивают регуляцию соотношения активностей фосфорилаз а и b внутри клетки и тем самым требуемую скорость превращения гликогена в глюкозо-1-фосфат.

Известны наследственные нарушения метаболизма гликогена в печени и мышцах (см. Гликогенозы),
связанные с недостаточностью фосфорилаз. В частности, гликогеноз V типа (болезнь Мак-Ардла) вызывается недостаточностью фосфорилазы в скелетных мышцах, гликогеноз VI тина (болезнь Герса) — недостаточностью киназы фосфорилазы b в печени и гликогеноз IX типа (болезнь Хага) — отсутствием киназы фосфорилазы b в печени или резким снижением ее активности. Снижение активности Ф. в скелетных мышцах, отмечаемое при гиповитаминозе B6, обусловлено недостатком пиридоксальфосфата, входящего в качестве простетической группы в молекулу фермента.

В отличие от животных фосфорилаз растительные Ф. представляют собой один активный белок. Такие Ф. выделены из ряда источников (в частности из картофеля) в кристаллическом состоянии и также содержат в качестве простетической группы пиридоксальфосфат. Другая группа Ф., обнаруженная только у микроорганизмов, действует на дисахариды. Среди этих Ф. известны сахарозо-, мальтозо- и целлобиозо-фосфорилазы. Сахарозофосфорилаза (КФ 2.4.1.7) катализирует реакцию: сахароза(α-D)-глюкозидо-β-D-фруктозид) + H₃PO₄ ⇄ α-D-глюкозо-1-фосфат + D-фруктоза. Аналогичным образом действуют мальтозофосфорилаза на мальтозу и целлобиозофосфорилаза на целлобиозу. При действии этих двух ферментов происходит эпимеризация моносахарида, так что при одном направлении реакции ферменты специфичны для альфа-D-глюкозы, а при обратном — для бета-D-глюкозы.

В животных и растительных тканях, а также у микроорганизмов имеются Ф., катализирующие обратимые реакции расщепления нуклеозидов по месту N-гликозидной связи; это пуриннуклеозидфосфорилаза (КФ2.4.2.1) и пиримидиннуклеозидфосфорилаза (КФ 2.4.2.2), катализирующие реакции пуриннуклеозид + H₃PO₄ ⇄ пурин + рибозо-1-фосфат (или 2-дезоксирибозо-1-фосфат) и пиримидиннуклеозид + H₃PO₄ ⇄ пиримидин + рибозо-1-фосфат (или 2-дезоксирибозо-1-фосфат) соответственно. Пуриновыми основаниями в нуклеозидах могут быть аденозин, гиноксантин, гуанин, а также нек-рые неприродные основания, напр, азагуанин; пиримидиновыми основаниями в нуклеозидах могут быть урацил и тимин.

В бактериальных клетках установлено существование фермента поли-нуклеотидфосфорилазы (КФ 2.7.7.8), катализирующей обратимую реакцию фосфоролиза РНК: РНК_n + H₃PO₄ ⇄ РНК_n-1 + нуклеозиддифосфат.

Библиогр.:

Диксон М. и Уэбб Е. Ферменты, пер. с англ., с. 158 и др., М., 1966;

Лисовская Н. П. и Ливанова Н. Б. Регуляция действия мышечных фосфорилаз, в кн.: Биол. химия, под ред. В. Л. Кретовича, т. 8, с. 110, М., 1975; Розенфельд Е. Л. и Попова И. А. Гликогеновая болезнь, М., 1979.

А. Н. Климов.