Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
векторных ферментов плазматических мембран клеток - Na+, К+-АТФазы.
По современным представлениям, Na+, К+-АТФаза является типичным липидзависимым ферментом: для формирования его функционально-активной конформации необходимы кислые липиды. Показано, что мембранные гликолипиды, локализованные преимущественно в наружной половине бислоя, обеспечивают правильную ориентацию Na+, К+-АТФазного комплекса относительно плоскости мембраны (т.е. они отвечают за проявление векторных свойств фермента). Вместе с тем остается неясным, какова специфическая роль мембранных фосфолипидов в обеспечении транспортной функции Na+, К+-АТФазы. По-видимому, функционирование центров связывания нуклеотидов и катионов на молекуле фермента не зависит от липидов, тогда как для осуществления конформационных перестроек в ферментном белке важна его связь с мембранными липидами. Кривые, описывающие зависимость ферментативной активности от концентрации липида, имеют сигмоидную форму, что свидетельствует о кооперативном характере связывания липидов с белком. Однако абсолютная потребность фермента в тех или иных фосфолипидах (или их полярных головках) экспериментально не доказана. Так, опыты по ферментативному превращению одних фосфолипидов в другие (например, фосфатидилсерина в фосфатидилэтаноламин) в препаратах мембраносвязанной Na+, К+-АТФазы показали, что фермент может функционировать без отрицательно заряженных фосфолипидов, но с уменьшением молекулярной активности.
Получены данные, свидетельствующие о том, что липиды, создающие микроокружение Na+, К+-АТФазы в биомембранах, характеризуются сравнительно низкими энергиями взаимодействия с ферментом. Существует мнение, что Na+, К+-АТФаза не имеет аннулюса в традиционном понимании этого термина. Вместе с тем исследования с использованием ЭПР-спектроскопии спин-меченных фосфолипидов показали, что фермент оказывает существенное влияние на фосфолипидный состав ближайшего микроокружения в мембране, преимущественно связывая отрицательно заряженные фосфолипиды. Оказалось, что сродство Na+, К+-АТФазы к отрицательно заряженным фосфолипидам в среднем в 4 раза больше, чем к положительно заряженным, и ~ в 2,5 раза больше, чем к нейтральным. Эта избирательность фермента по отношению к заряду молекул фосфолипидов может
быть связана с наличием положительно заряженных боковых цепей аминокислотных остатков во внутримембранном домене Na+, К+-АТФазы, взаимодействующем с полярными головками фосфолипидов из ближайшего микроокружения. Для ряда интегральных мембранных белков обнаружены такие боковые цепи — остатки аргинина и лизина, преимущественно взаимодействующие с отрицательно заряженными фосфолипидами бислоя. Получены доказательства того, что изменение физического состояния липидного окружения Na+, К'-АТФазы под влиянием температуры, содержания в нем холестерина, длины цепи и степени ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов, может влиять на активность этого фермента.
I. J. De Pont et al. (1978) показали, что гидролиз различных фосфолипидов, содержащихся в высокоочищенном препарате Na+, К+-АТФазы из ткани почек крокодила с помощью фосфолипа-зы С, существенно не влияет на активность фермента. С другой стороны, удаление 60 % фосфолипидов из такого же препарата белка с помощью фосфолипазы А приводило к потере 70 % АТФазной активности, в то время как число уабаин-связываю-щих центров оставалось неизменным. Такой разброс данных о липидной “потребности” Na4, К+-АТФазы объясняется тем, что снижение ферментативной активности обусловлено не только уменьшением содержания фосфолипидов, но и ингибирующим действием жирных кислот, образующихся при гидролизе фосфолипидов фосфолипазами.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что целый ряд вопросов, касающихся детального выяснения роли липидного матрикса в функционировании мембраносвязанной Na+, К+-АТФазы, остается недостаточно изученным.
По всей вероятности, Na+, К+-АТФаза находится в тесной пространственной и функциональной взаимосвязи не только с липидами, но и с мембранными белками. Были получены доказательства взаимодействия этого фермента с периферическим белком мембранного скелета — анкирином, установлена его связь с анионным переносчиком — белком полосы 3, выявлено регуляторное влияние на активность АТФазы спектрин-актинового комплекса. Имеются данные, указывающие на возможность образования за счет белок-белковых взаимодействий в мембране эритроцитов сложных мультиферментных комплексов, состоящих из глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы, фосфоглицераткиназы,
фосфоглицератмутазы и Na+, К+-АТФазы. Между указанными ферментами существует функциональное сопряжение, за счет которого субстраты — 1,3-дифосфоглицерат и АТФ — непосредственно транспортируются от одного компонента системы к другому.
Известно, что Na+, К+-АТФаза может быть функционально связана с такими мембранными системами как, Na+/Ca2+-обменник, рецептор инсулина, (3-адренорецепторы, сАМР-зависимая протеинкиназа, аденилатциклаза.
Обсуждается вопрос о существовании in vivo пространственной и функциональной взаимосвязи между мембраносвязанными Na+, К+-АгГФазой и ацетилхолинэстеразой. Субстрат ацетил-холинэстеразной реакции - ацетилхолин был одним из первых соединений, идентифицированных как нейротрансмиттеры. Он принадлежит к группе нейропередатчиков, вызывающих деполяризацию постсинаптических мембран, которая приводит к возникновению пикового потенциала и торможению активности Na+, К+-АТФазы. Действие ацетилхолина в основном устраняется путем его энзиматического расщепления ацетилхолинэстеразой.
