Креатинкиназная система: буферная и транспортная функция едины (гипотеза)
Представление о транспортной функции креатинкиназной системы, как оно показано на рис. 1 , исключает ее буферное действие. Действительно, представление о буферной роли КФ предполагает свободное перемещение в цитоплазме мышечных клеток всех компонентов креатинкиназной реакции, а также близкое к равновесному состояние реакции [ Wiesman, ea 1997 ]. Возникшее противоречие пытались разрешить с помощью метода ЯМР. Однако были получены неоднозначные результаты: более ранние исследования указывали на возможность компартментации [ Nunnally, ea 1979 ], тогда как другие, более поздние, опровергали ее [ Wiesman, ea 1997 , Degani, ea 1985 , Ugurbil, ea 1986 ]. В 1984 г. Мейер и соавт. [ Meyer, ea 1984 ], используя уравнения облегченной диффузии, показали, что если в мышечном волокне возникают диффузионные градиенты АТР и ADP, связанные с пространственным разделением процессов синтеза и потребления АТР, то диффузия АН может быть облегчена, если эти вещества находятся в равновесии с КФ и Кр. Они показали, что относительный вклад гуанидиновых веществ и АН в перенос макроэргического фосфата между местами его синтеза и потребления определяется суммарной концентрацией каждой пары веществ, константой равновесия креатинкиназной реакции и отношением концентраций АТР и ADP. С учетом всех этих факторов, в физиологических условиях основной переносимой формой макроэргического фосфата от митохондрий к миофибриллам должен быть КФ, а основной диффундирующей формой в обратном направлении должен быть Кр. Таким образом, по мнению авторов, буферная и транспортная функции КФ обусловливают одна другую, а сам факт установления транспортной функции КФ не означает и не требует компартментации АН. Была высказана мысль, что для функционирования челночного механизма достаточно простого присутствия КК в любом месте клетки, где осуществляется оборот АТР, и никакое специальное локальное присутствие КК в местах синтеза и потребления АТР не требуется [ Kammermeier, ea 1987 , Meyer, ea 1984 ]. По мнению Мейера и соавт. [ Meyer, ea 1984 ], связывание КК около мест продукции или утилизации АТР нужно для увеличения локальной активности фермента в местах, где поток энергии максимален. Это обеспечивает общее близкое к равновесному положение реакции при меньшей общей активности фермента, чем это было бы в случае равномерного распределения КК в клетке. Предлагаемая авторами буферная функция креатинкиназной системы была названа ими "пространственной" буферной функцией, так как она обеспечивает "забуферивание" концентраций АТР и ADP в любой точке клетки. "Пространственная" буферная функция означает, что в присутствии активной креатинкиназной системы требуются меньшие градиенты концентрации АTP и ADP для поддержания любого заданного диффузионного потока макроэргических фосфорных соединений, чем в отсутствие КК [ Meyer, ea 1984 ]. В то же время "классическая" буферная функция является "временной" функцией; она не рассматривает диффузионные градиенты АТР и АDP, а имеет дело только с "забуфериванием" концентраций АТР и ADP во времени [ Meyer, ea 1984 ]. Функциональная значимость "пространтвенной" буферной функции КК была проанаизирована в ряде работ [ Kammermeier, ea 1987 , Meyer, ea 1984 , Jacobus, ea 1985 , Mainwood, ea 1982 , Yoshizaki, ea 1990 ]. Расчеты показали, что транспортная функция принципиально важна только в случае больших диффузионных расстояний ( быстрые мышечные волокна , где толщина пучка миофибрилл равна 20-30 мкм [ Meyer, ea 1984 , Mainwood, ea 1982 ]; аксоны нейронов ), а в случае медленных скелетных мышц и сердца, где каждый пучок миофибрилл окружен митохондриями толщина пучка равна 1-2 мкм [ Meyer, ea 1984 , Jacobus, ea 1985 ], транспорт энергии мог бы происходить просто за счет диффузии молекул АТР и ADP [ Meyer, ea 1984 , Mainwood, ea 1982 , Yoshizaki, ea 1990 ], т.е. транспортная функция в сердце не важна [ Meyer, ea 1984 ]. Недавно этот вывод получил экспериментальное подтверждение [ Harrison, ea 19?? ]. Сакс [ Saks, ea 1994 ] высказал предположение, поддержанное другими авторами [ Ventura-Clapier, ea 1998 ], что обмен энергией между местами ее запасания и потребления происходит не в результате свободной диффузии субстратов КК, а в виде " метаболической волны " - серии циклических локальных изменений концентраций ADP и Кр, распространяющихся векторно от миофибрилл к митохондриям, и одновременно происходящих соответствующих изменений концентраций КФ и АТР. направленных от митохондрий к миофибриллам. Эти локальные циклические изменения происходят в результате переноса фосфорильных групп, последовательно осуществляемого соседними молекулами цитоплазматической КК, катализирующими близкую к равновесию реакцию. С этим предположением трудно согласиться. Действительно, равновесное положение креатинкиназной реакции в условиях открытой системы, каковой является каждая клетка, означает, что на один оборот АТРазы или АТР- синтазы приходится много оборотов КК, причем как в прямом, так и в обратном направлении. Кроме того, равновесие означает, что диффузия субстратов не лимитирует скорость реакции. Таким образом, равновесная креатинкиназная реакция в цитоплазме мышечных клеток представляет собой скалярный процесс, а скалярный процесс не может создать векторное движение метаболитов [ Mitchell, ea 1991 ].
