Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
лекса. Напротив, независимость величин пн по ионам-активаторам от фазового состояния мембраны свидетельствует о том, что взаимодействующие ионные центры находятся на одном и том же протомере.
Характеризуя натриевый насос эритроцитов, I. М. Glynn и S. J. Karlish указали на существование четырех “дискретных режимов” его работы, соответствующих определенным частным биохимическим реакциям АТР-фосфогидролазной последовательности: 1) Na+/K+-o6Mena; 2) несопряженного выхода из клетки Na+; 3) Naf/Na+-o6MeHa; 4) К4/К+-обмена.
При отклонении от оптимальных условий насосная функция Na4, К4-АТФазы существенно изменяется. В отсутствие К4 во внешней среде и в присутствии Na4 с обеих сторон мембраны система осуществляет эквимолярный обмен ионов Na4 через мембрану, измеряемый с помощью изотопов Na4. Для этого процесса требуется присутствие АТР и ADP. Негидролизуемые аналоги АТР, в том числе (З/y-NH-ATP, заменить аденозинтрифосфат не могут (I. М. Karlish, S. Y. Glynn, 1975). NaVNa''-обмен сопровождается АТР/ADP-обменом:
АТР, Mg2*, Na'
Е ~-----------* Е2р
ADP, Mg21, Naf
Аналогичным образом в отсутствие внутриклеточного Na4, но в присутствии К1 с обеих сторон мембраны Na'-насос осуществляет неэлектрогенный обмен К1 через мембрану, не приводящий к созданию калиевого градиента. При этом требуется присутствие внутриклеточного Рп или АТР. К4/К‘-обмен осуществляется одновременно с реакцией:
к+
Е,Р 4---- —^ Е2+Ри
р, к+
В отсутствие К1 и Na+ во внешней среде Na4-Hacoc может обеспечивать несопряженный выброс Na4, осуществляющийся в процессе гидролиза АТР. Стехиометрия работы насоса в этом режиме составляет 2—3 иона Na+ на 1 моль АТР.
Ш4-АТФазная реакция отличается по ряду свойств от Na4, К+-АТФазной реакции: она подчиняется кинетике Михаэлиса, имеет линейный график Аррениуса, требует меньшей концентрации М&С12 и ингибируется высокими концентрациями АТР, хотя почти не-
чувствительна к Рп. Разница между несопряженным и сопряженным выбросами Na+ состоит в чувствительности к АТР. Несопряженный выброс Na+ достигает максимальной скорости уже при
1 мкмоль/л АТР, а На+/К+-обмен требует миллимолярных концентраций субстрата. Следовательно, два типа функционирования Na+-Hacoca, как и два способа работы АТФазы, отличаются функционированием лишь субстратных центров с высоким сродством (Na+, К+-АТФаза) или обоих типов субстратных центров.
Чувствительность Na+, К+-АТФазы и Na+-Hacoca к одновалентным катионам одинакова. Этот факт можно рассматривать как доказательство идентичности центров активации Na+, К+-АТФа-зы натрием и калием и центров, обеспечивающих их транслокацию. Об этом же свидетельствует соответствие стехиометрии транспорта ионов (Na+/K+ = 3/2) количеству ионсвязывающих участков на одной молекуле фермента.
Процесс переноса ионов через мембрану с помощью натриевого насоса не требует затрат энергии, если исключить работу по переносу нескомпенсированного заряда Na+ против трансмембранного потенциала при электрогенном транспорте. На это указывает существование в схеме натриевого насоса Na+/Na+ и К+/К+-обменов, для которых АТР требуется лишь как кофактор, но не источник энергии. Можно предполагать, что энергия АТР при работе Na+, К+-АТФазы затрачивается на “узнавание” ионов Na+ и К+, т.е. на связывание и сбрасывание ионов с “нужной” стороны мебраны. В норме катионы связываются с той ее стороны, где их мало, а сбрасываются туда, где их концентрация велика. Такие изменения сродства ионсвязывающих центров сопряжены с конформационными изменениями фермента, которые и являются главными энергоакцепторными стадиями реакции.
Ионы Na+ и К+ транспортируются Ыа+-насосом в частично дегидратированном состоянии. Модификаторы гидрофобных взаимодействий влияют в первую очередь на калиевую активацию, а вещества, разрушающие водородные связи, — на натриевую. Из этого можно сделать вывод, что связывание Na+ опосредовано “жесткими” структурами белка, стабилизированными водородными связями наподобие ионофорных структур. Ионы Na+ дегидрируются при переходе из водной фазы в полярную полость молекулы фермента. Ионы К+ дегидрируются при переходе в гидрофобную область молекулы. Следовательно, Na+, К+-АТФаза “различает” ионы Na+ и К+, используя различные пути их гидра-
тации. При отсутствии внеклеточного К+ Ыа+/К+-насосы могут осуществлять электрогенный транспорт протонов, и этот транспорт осуществляется, по-видимому, конформацией Е2 насосов.
К ингибиторам Na+, К+-АТФазы относятся олигомицин, уаба-ин, диметилсульфоксид, уксусный альдегид, дигитонин, тимеро-зал, этилмеркуриат. Вместе с тем необходимо отметить, что действие этих соединений на Na+, К+-АТФазную активность может быть различным.
Механизм действия модификаторов трудно поддается классификации: здесь есть агенты направленного действия (SH-pea-генты: тимерозал, этилмеркуриат, уксусный ангидрид), вещества, модифицирующие гидрофобные взаимодействия (диметилсульфоксид, олигомицин, дигитонин), специфический ингибитор Na+, К+/АТФазы уабаин ( строфантин G), препятствующий гидролизу фосфорилированного фермента. Гидролиз одним и тем же ферментом разных субстратов в различных условиях неодинаково чувствителен к модификаторам, что можно объяснить тем, что исследуемые “частные” реакции ферментативной активности осуществляются разными олигомерными состояниями Na\ К+-АТФазы.
