16.12. Трехмерная структура гликоген-фосфорилазы

Рентгенокристаллографические исследования а- и -форм гликоген-фосфорилазы значительно облегчили изучение каталитических и регуляторных механизмов этого ключевого фермента метаболизма. 841 аминокислотный остаток мономерной субъединицы компактно упакованы в три структурных домена (рис. 16.6): аминоконцевой домен (310 остатков), гликоген-связывающий домен (160 остатков) и карбокси-концевой домен (371 остаток), Каталитический центр локализован в глубокой щели, образованной остатками аминокислот каждого из этих трех доменов. Такая защита активного центра от водной среды должна, очевидно, благоприятствовать преобладанию фосфоролиза над гидролизом. Пиридоксальфосфат (витамин который необходим для действия фермента, связывается вблизи участка присоединения глюкозо-1-фосфата. Альдегидная группа этого кофактора образует шиффово основание с лизиновой боковой цепью -концевого домена. Сохранение ферментативной активности после восстановления шиффова основания боргидридом говорит о том, что в данном случае альдегидная группа в отличие от таковой в случае других пиридоксалевых ферментов не участвует в катализе. В то же время фосфорильная группа пиридоксальфосфата, по-видимому, принимает прямое участие в катализе. В молекуле фосфорилазы имеется также участок связывания гликогена, отстоящий от каталитического центра на 30 А, Этот участок имеет важное значение для присоединения фермента к частице гликогена. Благодаря такому большому расстоянию между местом связывания гликогена и каталитическим центром фермент может осуществлять фосфоролиз многих концевых остатков, не претерпевая диссоциации и реассоциации после каждого каталитического цикла.

Помимо этого фосфорилаза содержит по меньшей мере два аллостерических участка контроля. Глюкоза и нуклеозиды, являющиеся аллостерическими ингибиторами печеночной фосфорилазы а (разд. 16.18), связываются вблизи каталитического центра. AMP, аллостерический активатор фосфорилазы связывается рядом с границей между субъединицами, далеко от каталитического центра и участка

Рис. 16.6. (см. скан) Схематическое изображение ос-углеродного остова фосфорилазы а. Показана локализация каталитически активного центра, а также участков связывания частицы гликогена, аллостерических центров и участков фосфорилирования. (Печатается с любезного разрешения д-ра Robert Fletterick, д-ра Neil Madsen, д-ра Peter Kasvinsky.)

связывания гликогена. Серин-14, место фосфорилирования при превращении фосфорилазы в фосфорилазу а, также локализован вблизи границы между субъединицами. Эта фосфорильная группа в фосфорилазе а соединена водородной связью с боковой цепью аргинина-69. В то же время область, охватывающая -концевых остатков в фосфорилазе не имеет строго определенной структуры. Эта область -формы напоминает по гибкости очень подвижный активационный домен в трипсиногене, который принимает строго упорядоченную конформацию при превращении в трипсин (разд. 8.11). Детальные исследования структурных изменений, вызываемых фосфорилированием и аллостерическими эффекторами, находятся в процессе развития. Но уже сейчас ясно, что гликоген-фосфорилаза представляет собою утонченный интегратор информации об энергетическом метаболизме клетки.