Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
Концепция метаболической регуляции посредством динамической сборки и разборки ферментных комплексов обсуждается также в работе J. Ovadi (1988).
J. Batke (1989) предложена схема процессов взаимодействия между ферментами гликолиза в мышцах (рис. 24).
На основании анализа результатов исследования взаимодействия ферментов цикла трикарбоновых кислот (ЦТК), связанного со множеством анаболических и катаболических процессов, с внутренней мембраной митохондрий, а также белок-белковых взаимодействий А. Е. Любаревым и Б. И. Кургановым (1987) разработана модель, описывающая пространственную структуру комплекса ферментов этого центрального метаболического пути. Предположение о существовании комплекса ферментов ЦТК ими было высказано с учетом следующих экспериментальных дан-
Рис. 24, Схема взаимодействия между ферментами гликолиза в мышцах: ФФК — фосфофруктокиназа; ФДФ — фруктозо-1,6-дифосфатаза; ГАФД — глицеральдегидфосфатдегидрогеназа; ФГК — фосфоглицерат-киназа; ПК — пируваткиназа; ЛДГ — лактатдегидрогеназа; ТФИ — три-озофосфатизомераза; ГФД — глицерол-3-фосфатдегидрогеназа; СаМ — кальмодулин. Линиями обозначена возможность комплексирования in vitro, цифрами представлены значения Kd в микромолях
ных и теоретических расчетов: концентрация белка в матриксе митохондрий, где локализованы ферменты ЦТК, составляет 40 вес. %; в этих условиях затруднена диффузия молекул ферментов и их кофакторов; среднее расстояние между внутренними поверхностями внутренней мембраны митохондрий сердца составляет 15—30 нм.
Авторы считают, что комплекс ферментов ЦТК представляет собой гексамер из шести идентичных асимметричных субъединиц, каждая из которых содержит тетрамер транссукцинилазы, по одной молекуле остальных ферментов и “якорный” белок. Комплекс “зажат” между противоположными поверхностями внутренней мембраны митохондрий, причем с мембранами контактируют все ферменты, за исключением а-кетоглутаратдегидроге-назы и аспартатаминотрансферазы. В качестве “якорных” белков выступают интегральные белки внутренней митохондриальной мембраны, в том числе сукцинатдегидрогеназа. Они обеспечивают сборку комплекса ферментов ЦТК на мембране, высота которого вдоль оси симметрии третьего порядка составляет 20 нм, а диаметр — 50 нм. Молекулярная масса (без учета сукцинатде-гидрогеназы) равна 8 мДа. Структура предложенной модели допускает возможность взаимодействия этого комплекса с другими ферментами и мультиферментными ансамблями, с которыми он связан общими метаболитами, и, прежде всего, с комплексами цепи переноса электронов внутренней мембраны митохондрий. Кроме того, метаболой ЦТК должен взаимодействовать с другими ферментами матрикса. Для митохондрий сердца в качестве таких белков выступают пируватдегидрогеназный комплекс и ферменты {3-окисления жирных кислот, поставляющие в ЦТК аце-тилкофермент А.
Комплекс ферментов ЦТК — мобильная структура, находящаяся в равновесии со свободными ферментами матрикса. Обратимое равновесие между свободными и связанными ферментами контролируется целым рядом факторов: концентрациями определенных метаболитов в матриксе митохондрий (цитрата, окса-лоацетата, кофермента А, ацетилкофермента A, Mg2+-ATP и др.), концентрацией белка, энергетическим состоянием митохондрий. Взаимодействия ферментов, входящих в состав метаболона ЦТК, обеспечивают функционирование этого надмолекулярного комплекса ферментов как целостной, кооперативно действующей системы.
В то же время нет убедительных доказательств существования надмолекулярного комплекса какого-либо метаболического пути или его фрагмента. Прямым подтверждением существования метаболона (надмолекулярного комплекса ферментов, катализирующих последовательные стадии ферментной системы) может быть либо его выделение, либо реконструкция in vitro и экспериментальное доказательство туннелирования между фермен-тами-соседями (Г. JI. Ермаков, 1993). Такие попытки предпринимаются, например, для ферментов гликолиза, цикла Кребса и цикла мочевины.
Таким образом, в настоящее время широко обсуждается проблема пространственно-структурной организации ферментных систем. Вместе с тем отсутствуют исчерпывающие данные, касающиеся изучения фермент-ферментных, фермент-мембранных взаимодействий, взаимосвязи физико-химических характеристик белков с их способностью образовывать надмолекулярные комплексы, выяснения роли цитоскелета клетки в организации клеточного метаболизма. Кроме того, схемы надмолекулярной организации компонентов метаболических систем требуют экспериментальных доказательств.
2.3.3. Пути регулирования активности векторных ферментов биомембран
Одним из наиболее актуальных вопросов современной мем-бранологии является выяснение принципов и механизмов регуляции векторных ферментов биомембран (в том числе Na+, К+-АТФазы), выполняющих разнообразные “жизненно важные” функции не только для отдельных мембранных структур, но и для клетки в целом. Полифункциональный характер Na+, К+-АТФа-зы (см. раздел 1.2.4), т.е. сочетание в ней метаболической, транспортной и рецепторной функций, определяет существование достаточно сложных механизмов ее регуляции. Кроме того, изучение механизмов функционирования и регулирования транспортных АТФаз на уровне отдельных клеток и субклеточных компонентов актуально не только в теоретическом, но и в практическом аспекте для оценки степени и характера нарушений этих механизмов при некоторых патологических состояниях, связанных с изменением ионного состава среды и накоплением активных форм кислорода (см. главу 3). Рассмотрим основные пути регулирования функциональной активности одного из ключевых
