ФОСФОПРОТЕИДЫ

ФОСФОПРОТЕЙДЫ (син. фосфо-протеииы) — сложные белки, молекулы к-рых содержат остатки фосфорной кислоты, присоединенные сложноэфирной связью к остаткам гпдроксиаминокпслот — серина, реже треонина — в полииептидной цепи этих белков. Ф. широко распространены в различных тканях всех живых организмов и составляют существенную часть белков (см.) клетки, играя важную роль в клеточном метаболизме. К фосфопро-теидам относятся казеины (см.), белки птичьих яиц — овальбумины, вителлин, вителлинин, фосвитин, ихту-лин, а также многие важнейшие ферменты (см.), белки биологических мембран (см. Мембраны биологические) и клеточных ядер. Остатки фосфорной к-ты (фосфатные остатки, фосфат-ионы) Ф. отщепляются при гидролизе в щелочи и устойчивы к действию к-т. На лабильности фосфата в молекулах Ф. в щелочной среде основаны нек-рые методы их определения. Для изучения Ф. широко пользуются регистрацией включения меченого неорганического фосфата из (у-32Р)АТФ или других содержащих меченый фосфор соединений и отщепления меченого фосфата от Ф. Фосфопротеиды получают методом осаждения или препаративным электрофорезом (напр., электрофорезом в полиакриламидном геле).

Фосфорилирование (см.) остатков серина (см.) или треонина (см.) в молекулах белков и превращение их в Ф. катализируется группой специфических фосфотрансфераз (см.) — протеинкиназами, действующими только на белковые субстраты (см. Киназы). Основные системы, стимулирующие фосфорилирование различных белков, зависят от циклического 3', 5'-АМФ (цАМФ) и белка кальмодулина. Дефосфорилирование Ф. катализируют ферменты фосфо-протеидфосфатазы, способные отщеплять фосфат от нативной белковой молекулы без предварительного ее протеолиза.

Фосфорилирование белков и превращение их в Ф. представляет собой основной механизм, посредством к-рого осуществляется контроль за внутриклеточными процессами в тканях млекопитающих со стороны окружающей среды. Полагают, что различные функции клетки контролируются общими протеинкиназами, фосфопротеидфосфатазами и регуляторными белками. В организме существует общая сеть регуляторных путей, связанных между собой фос-форилированием — дефосфорилирова-нием Ф., к-рая позволяет координировать разные метаболические «события» в клетке, совершающиеся под действием нервных и гормональных стимулов.

Наиболее изученной системой метаболической регуляции посредством фосфорилирования — дефосфо-рилирования является регуляция распада и синтеза гликогена в мышцах при их сокращении, а также адреналином и инсулином, опосредованная изменением состояния фосфорилирования гликоген-фосфорила-зы (КФ 2.4.1.1) и гликоген-синтазы (КФ 2.4.1.11).

Число фосфорилированных остатков серина в молекуле ферментного белка влияет на его свойства. Фосфорилирование остатков серина является простым механизмом, позволяющим значительно увеличить регуляторный потенциал фермента. Фосфорилирование одного остатка серина может усиливать или оказывать антагонистическое действие на эффекты фосфорилирования других остатков серина или изменять скорость фосфорилирования — дефосфорилиро-вания других участков в молекуле ферментного белка. Это продемонстрировано, напр., для пируватдегидро-геназного комплекса митохондрий: фосфорилирование трех остатков серина а-субъединицы фермента способствует его ингибированию, что предотвращает окисление глюкозы (см.) или ее превращение в жирные кислоты (см.), как происходит, напр., при недостатке инсулина.

Фосфорилирование различных участков молекулы дает возможность ферментным белкам реагировать на разные физиол. стимулы; в этих случаях взаимодействие между фосфорилированными участками часто является механизмом, с помощью к-рого осуществляется взаимное влияние этих стимулов. Фосфорилирование (ковалентная модификация), влияние аллостерических эффекторов и их взаимодействие с субстратами фермента позволяют осуществлять интеграцию нервной и гормональной внеклеточной информации для установления необходимой активности конкретного метаболического пути in vivo.

Среди известных фосфопротеидфос-фатаз, принимающих участие в регуляции метаболизма гликогена (см.), основной является фосфопротеидфос-фатаза I, дефосфорилирующая гли-коген-синтазу (КФ 2.4.1.11), глико-генфосфорилазу (КФ 2.4.1.1) и 13-субъединицу киназы фосфорилазы (КФ 2.7.1.38). Фосфопротеидфосфа-таза I, в свою очередь, сама является фосфопротеидом и активируется фосфорилированием. Фосфопротеидом является также ингибитор I этого фермента. Фосфопротеидфосфата-зы 1, 2А и 2G обладают широкой субстратной специфичностью и осуществляют дефосфорилирование не только ферментов, участвующих в обмене гликогена в печени и мышцах, но и пируваткиназы (КФ

2.7.1.40), ацетил-КоА — карбокси-лазы (КФ 6.4.1.2), гидроксиметил-глутарил-КоА — редуктазы (КФ 1.1.1.88), регулируя таким образом глюконеогенез, синтез жирных к-т и холестерина (см.).

В ткани мозга млекопитающих идентифицировано несколько десятков Ф. По-видимому, нек-рые из них принимают участие в процессах обучения и запоминания (см. Память). Существенная роль определенных Ф. в функционировании синаптосом или синаптических везикул связана со способностью Ф. сохраняться в измененном состоянии после осуществления обучения. Ф. мозга по их регионарному распределению принадлежат к трем категориям: одни Ф. равномерно распределяются в отделах мозга, другие распространены широко, но распределяются неравномерно, а третьи обнаруживаются только в ограниченных специфических структурах мозга. Различные Ф. мозга являются субстратами для цАМФ-зависимой протеинкиназы и протеинкиназ, зависимых от Са2+-кальмодулина и Са2+-фосфолипида. Фосфорилирование важнейших белков мозга и превращение их в Ф. происходит при деполяризации (см.), стимуляции нервов (см. Возбуждение), а также под действием определенных нейромедиаторов (см. Медиаторы нервной системы).

Есть данные, что фосфорилирование пяти остатков серина и треонина на С-конце полипептидной цепи зрительного белка родопсина (см.) и превращение его в Ф. играет определенную роль в регуляции адаптации глаза к свету и темноте (см. Адаптация зрительная).

Библиогр.: Лисовская Н. П. и

Ливанова Н. Б. Фосфопротеины, М., 1960; Cohen P. The role of protein phosphorylation in neural and hormonal control of cellular activity, Nature (Lond.), v. 296, p. 613, 1982, bibliogr.; Rout-tenberg A. Anatomical localization of phosphoprotein and glycoprotein substrates of memory, Progr. Neurobiol., v. 12, p. 85, 1979, bibliogr. H. В. Гуляева.