Креатінкіназна система: буферна і транспортна функція єдині (гіпотеза).

Уявлення про транспортної функції креатінкіназної системи, виключає її буферна дія. Дійсно, уявлення про буферній ролі КФ припускає вільне переміщення в цитоплазмі м’язових клітин всіх компонентів креатінкіназной реакції, а також близьке до рівноважного стан реакції [Wiesman, ea 1997]. Виникла суперечність намагалися вирішити за допомогою методу ЯМР. Однак були отримані неоднозначні результати: більш ранні дослідження вказували на можливість компартментаціі [Nunnally, ea 1979], тоді як інші, більш пізні, спростовували її [Wiesman, ea 1997, Degani, ea 1985, Ugurbil, ea 1986]. У 1984 р. Мейер і співавт. [Meyer, ea 1984], використовуючи рівняння полегшеної дифузії, показали, що якщо в м’язовому волокні виникають дифузійні градієнти АТР і ADP, пов’язані з просторовим розділенням процесів синтезу і споживання АТР, то дифузія АН може бути полегшена, якщо ці речовини знаходяться в рівновазі з КФ і Кр. Вони показали, що відносний внесок гуанідинових речовин і АН в перенос макроергічних фосфатів між місцями його синтезу та споживання визначається сумарною концентрацією кожної пари речовин, константою рівноваги креатінкіназной реакції і ставленням концентрацій АТР і ADP. З урахуванням усіх цих факторів, у фізіологічних умовах основний переносимої формою макроергічних фосфатів від мітохондрій до міофібрил повинен бути КФ, а основний дифундують формою у зворотному напрямку повинен бути Кр. Таким чином, на думку авторів, буферна та транспортна функції КФ обумовлюють одна іншу, а сам факт встановлення транспортної функції КФ не означає і не вимагає компартментаціі АН. Була висловлена ​​думка, що для функціонування човникового механізму достатньо простої присутності КК у будь-якому місці клітини, де здійснюється оборот АТР, і ніяке спеціальне локальну присутність КК в місцях синтезу і споживання АТР не потрібно [Kammermeier, ea 1987, Meyer, ea 1984]. На думку Мейєра і співавт. [Meyer, ea 1984], зв’язування КК близько місць продукції або утилізації АТР потрібно для збільшення локальної активності ферменту в місцях, де потік енергії максимальний. Це забезпечує загальне близьке до рівноважного положення реакції при меншій загальній активності ферменту, ніж це було б у випадку рівномірного розподілу КК в клітці. Пропонована авторами буферна функція креатінкіназной системи була названа ними “просторової” буферної функцією, оскільки вона забезпечує “забуферіваніе” концентрацій АТР і ADP в будь-якій точці клітини. “Просторова” буферна функція означає, що в присутності активної креатінкіназной системи потрібні менші градієнти концентрації АTP і ADP для підтримки будь-якого заданого дифузійного потоку макроергічних фосфорних сполук, ніж у відсутність КК [Meyer, ea 1984]. У той же час “класична” буферна функція є “тимчасовою” функцією; вона не розглядає дифузійні градієнти АТР і АDP, а має справу тільки з “забуферіваніем” концентрацій АТР і ADP в часі [Meyer, ea 1984]. Функціональна значущість “пространтвенной” буферної функції КК була проанаізірована в ряді робіт [Kammermeier, ea 1987, Meyer, ea 1984, Jacobus, ea 1985, Mainwood, ea 1982, Yoshizaki, ea 1990]. Розрахунки показали, що транспортна функція принципово важлива тільки у випадку великих дифузійних відстаней (швидкі м’язові волокна, де товщина пучка міофібрил дорівнює 20-30 мкм [Meyer, ea 1984, Mainwood, ea 1982]; аксони нейронів), а в разі повільних скелетних м’язів і серця, де кожен пучок міофібрил оточений мітохондріями товщина пучка дорівнює 1-2 мкм [Meyer, ea 1984, Jacobus, ea 1985], транспорт енергії міг би відбуватися просто за рахунок дифузії молекул АТР і ADP [Meyer, ea 1984, Mainwood, ea 1982, Yoshizaki, ea 1990], тобто транспортна функція в серці не важлива [Meyer, ea 1984]. Нещодавно цей висновок отримав експериментальне підтвердження [Harrison, ea 19?? ]. Сакс [Saks, ea 1994] висловив припущення, підтримане іншими авторами [Ventura-Clapier, ea 1998], що обмін енергією між місцями її запасання та споживання відбувається не в результаті вільної дифузії субстратів КК, а у вигляді “метаболічної хвилі” – серії циклічних локальних змін концентрацій ADP і Кр, що розповсюджуються векторно від міофібрил до мітохондрій, і одночасно відбуваються відповідних змін концентрацій КФ і АТР. спрямованих від мітохондрій до міофібрил. Ці локальні циклічні зміни відбуваються в результаті переносу фосфорильної групи, послідовно здійснюваного сусідніми молекулами цитоплазматичної КК, що каталізує близьку до рівноваги реакцію. З цим припущенням важко погодитися. Дійсно, рівноважне положення креатінкіназной реакції в умовах відкритої системи, якою є кожна клітина, означає, що на один оборот АТРази або АТР-синтази доводиться багато оборотів КК, причому як у прямому, так і в зворотному напрямку. Крім того, рівновага означає, що дифузія субстратів не лімітує швидкість реакції. Таким чином, рівноважна креатінкіназная реакція в цитоплазмі м’язових клітин являє собою скалярний процес, а скалярний процес не може створити векторне рух метаболітів [Mitchell, ea 1991].

Comments are closed.