Биоэнергетика и линейная термодинамика необратимых процессов - Кеплен С.Р.
Скачать (прямая ссылка):
в.3.6. Корреляции биохимических процессов и активного транспорта протонов
Диксон и Аль-Авкати [15] показали, что если подавить ингибиторами нормальный синтез АТФ в мочевом пузыре черепахи, то при наложении обращенного градиента электрохимического потенциала протонов, превышающего 180 мВ (эта величина как раз обеспечивает подавление сопряженного транспорта протонов и метаболизма), происходит синтез АТФ. Отсюда был сделан вывод, что насос представляет собой обратимую протон-транслоказу. Чтобы изучить соотношение между транспортом я свободной энергией — АОатф гидролиза АТФ, были проведены одновременные измерения /но и отношения концентраций ]АТФ]/[АДФ] [Фн], соответствующего закону действующих
масс, в широком интервале условий [14]. В контрольном препарате — АОатф было в интервале 40—50 кДж/моль (около 11 — 12 ккаль/моль). Эти значения можно сравнить с величинами 20—70 кДж/моль, рассчитанными из контрольных экспериментов для ЛдТф в исследованиях по влиянию альдостерона,. описанных ранее. Эффекты активаторов и ингибиторов транспорта дали согласующиеся результаты: 5 % С02 понижали —АОатф» а ацетазоламид и закисление внешней среды повышали его. Однако в каждом случае изменение —А6атф было порядка 10 % и меньше. Напомним, что при обработке альдостероном Лдтф возрастало примерно на 50 %.
Хотя эти результаты не поддаются однозначной интерпретации, они указывают на существование фундаментальных трудностей, с которыми сталкиваются имеющиеся в настоящее время подходы к анализу энергетики процессов активного транспорта. С одной стороны, биохимические методы дают прямые доказательства участия АТФ. Однако эти методы сопряжены с разрушением биологического материала и, возможно, с существенным изменением уровней адениннуклеотидов и фосфата в процессе анализа. Кроме того, в тканях, образующих множество компартментов, отношение концентраций, следующее и» закона действующих масс, будет сложной функцией распределения АТФ, АДФ и Фн в клетках различных типов и субклеточных органеллах, что также может маскировать изменения в интересующей нас области. Наконец, расчет —AGat®. основанный на значениях стандартной свободной энергии —AGato. из справочников, не учитывает изменения этой величины, определяемые распределением Н+, Mg2+ и Са2+. С другой стороны, сродство Л0г, рассчитанное по уравнениям неравновесной термодинамики,— это абстрактная величина, основанная на предположении о справедливости двухпотокового линейного формализма. Ее нельзя непосредственно связать с —AGatom не зная отношения P/О в данных условиях. Однако там, где этот формализм применим, он дает значение —AGat®, относящееся?, к функционирующей транспортной системе, а не к ткани в целом и отражающее влияние факторов, модифицирующих локальное значение —AG0, так же как и отношение концентрации реагентов.
Учитывая нынешнее положение, далекое от полного понимания энергетики активного транспорта, оба подхода представляются заслуживающими дальнейших исследований.
8.4. Выводы
1. Экспериментальные исследования показывают, что активный: транспорт натрия в коже лягушки и мочевом пузыре жабы и активный транспорт протонов в мочевом пузыре черепахи
можно успешно анализировать с применением двухпотокового формализма линейной неравновесной термодинамики, используя при этом определенные способы для варьирования трансэпителиальных сил.
2. В рамках такого подхода модуляция JNa (или JH) по правильно выбранной траектории позволяет оценить феноменологические коэффициенты L или R и сродство А метаболической реакции, создающей движущую силу для активного транспорта. При этом удается различить кинетические и энергетические факторы, влияющие на транспорт. Линейность, обусловленная кинетическими, а не чисто термодинамическими факторами, требует модификации этого подхода.
3. Величины сродства А0г (в расчете на моль супрабазаль-ного поглощения кислорода) совместимы с биохимическими оценками. Расчет А? (сродство на моль использованного АТФ) требует знания величины отношения P/О в данной ткани.
4. Влияние модельных соединений на коэффициенты L и A0i согласуется с данными о механизмах их действия. Альдо-стерон и антидиуретический гормон, по-видимому, стимулируют транспорт, влияя и на кинетические, и на энергетические параметры.
5. Не существует единого стехиометрического соотношения, связывающего скорости транспорта натрия и супрабазального поглощения кислорода. Сопряжение этих процессов, по-видимому, неполное.
6. Проведено сопоставление методов линейной неравновесной термодинамики и эквивалентных электрических контуров. Теоретические соображения и результаты экспериментов указывают на то, что в отличие от сродства А электродвижущая сила для транспорта натрия ?ма (или ?н) явно зависит от кинетических параметров.
7. С учетом нынешнего явно недостаточного понимания энергетики процессов активного транспорта требуется дальнейшее исследование возможностей и биохимического, и формально термодинамического подхода к этой проблеме.
9
Кинетика изотопных потоков: основные факты и теории
