Транспорт электронов в биологических системах - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
3. Убихинон не только восстанавливает цитохромы Ь, но и окисляет их. Эти две реакции осуществляются в так называемых центрах / и о, локализованных, по-видимому, на противоположных сторонах мембраны.
4. В центре о убихинол окисляется до убихинона с освобождением двух протонов, причем первый электрон поступает к железосерному белку Риске и затем к цитохрому с(с\), а второй поступает к цитохрому й5ев-
5. Цитохром &5бб, в свою очередь, восстанавливает цитохром
^562-
6. Цитохром Ь^62 восстанавливает убихинон в центре /.
Согласно схеме (1.3) цитохром hs62 окисляется семихиноном (либо хиноном) в центре / в антимицин-чувствительной реакции (рис. 5). Интересно, что методом ЭПР действительно был обнаружен антимицин-чувствительный семихинон [Konstantinov. Ruuge, 1977; Ohnishi, Trumpower, 1980; DeVries et al., 1980]. Концентрация этого семихинона сопоставима с концентрацией комплекса III [DeVries et al., 1980], поэтому предполагают, что он связан с белком [Yu, Yu, 1981].
Отметим, что схема Q-цикла не объясняет того факта, что добавление кислорода к митохондриям, у которых цитохромы b полностью восстановлены, вызывает их окисление, чувствительное к антимицину (см. эксперимент 4 на с. 16). Согласно схеме Q-цикла (рис. 5) окисление цитохрома с\ должно приводить к образованию семихинона, который восстанавливает цитохромы Ъ.
Таким образом, в настоящее время неизвестен механизм функционирования комплекса III митохондрий. В описанном выше Q-цикле и в его различных вариантах [Mitchell, 1976; Trumpower, 1976, 1981; Slater, 1981; Konstantinov et al., 1981; Bowyer, Trumpower, L98lb; Gutman, 1980] наиболее доказанным, на наш взгляд, является участие железосерного белка Риске в восстановлении цитохромов Ь.
Однако семихинон, соответствующий центру «о», пока не обнаружен. Неясно также, как образуется семихинон в центре /. На приведенной на рис. 5 схеме предполагается, что он образуется в реакции диспропорционирования Q и QH2.
Основные эксперименты по кинетике редокс-превращений цитохромов b в комплексе III выполнены в присутствии ингибиторов, механизм действия которых до конца неясен. Данные такого рода следует интерпретировать с осторожностью. Известно, например, что антимицин вызывает длинноволновый сдвиг максимума поглощения цитохрома Ь562 [Berden, Opperdoes, 1972; Brandon et al., 1972; Dutton et al., 1972], стимулирует образование H202 и супероксид-анион-радикала кислорода [Boveris, Chance, 1973; Erecinska, Wilson, 1976], модифицирует редокс-зависимое связывание протонов цитохромами b [Artzatbanov, Konstantinov,
1980], а также перенос электронов между цитохромами b и убихиноном (см. обзор: Slater, 1973; Erecinska, Wilson, 1976]. Наиболее надежными, с нашей точки зрения, являются эксперименты по выяснению временной последовательности переноса электронов. Поэтому представляется весьма плодотворной попытка реконструкции комплекса III с фотосинтетическим реакционным центром пурпурных бактерий [Packhman et al., 1980; Matsuura, Dutton, 1981], поскольку в данном случае можно практически мгновенно перенести определенное (1, 2, ...) число электронов в комплекс III.
Рассмотрим теперь терминальный электронтранспортный комплекс дыхательной цепи.
Комплекс IV (цитохром с оксидаза) является терминальным компонентом дыхательной цепи и осуществляет перенос электронов от цитохрома с к кислороду, сопряженный с переносом протонов наружу:
2 ЦИТ С2+нар + 4Н+вн +0,502 ВН -» 2цит с3+нар + 2Н+„ар + Н2Ов„
Мономерная форма цитохромоксидазы, выделенная из митохондрий, представляет собой липопротеиновый комплекс (табл.
2), который содержит 4 редокс-компонента, цитохромы о и аз и два атома меди [см. обзор Malstrom, 1973, 1979; Уортон, 1978; Кулиш, Миронов, 1979; Wikstrom, Krab, 1979; Chance, 1979, 1981; Azzi, 1980; Wikstrom et al., 1981; Wainio, 1983]. Компонент, взаимодействующий с О; или с СО, называется цитохромом аз а не взаимодействующий с ними — цитохромом a (Keilin, 1966). Используя различные методы, удается выделить, как правило, семь [King et al., 1979; Wikstrom et al., 1981] или более [Buse et al., 1978; Kadenbach, Merle, 1981; Wikstrom et al., 1981] полипептидов, составляющих цитохромоксидазу. Сводки различных выделений цитохромоксидазы содержатся в ряде работ [King et al., 1979; Kadenbach, Merle, 1981; Wikstrom et al., 1981]. Так как темы а и медь теряются при выделении субъединиц, то неясно, с какими субъединицами они связаны. Имеются убедительные данные [Kadenbach, Merle, 1981] о том, что два атома меди и
два гема а находятся в двух больших субъединицах. В этой связи уместно заметить, что у прокариот цитохромоксидаза содержит только две субъединицы, сходные с двумя большими субъединицами эукариот [Ludwig, 1980; Sone, 1981; Kadenbach, Merle, 1981; Wikstrom et al., 1981].
Недавно были обнаружены три интересных и необычных аспекта функционирования цитохромоксидазы.
1. Эксперименты с интактными митохондриями, СМЧ и цито-хромоксидазой, встроенной в ли-посомы из фосфолипидов, позволили предположить, что цитохромоксидаза является протонной помпой, функция которой заключается не только в поглощении протонов, необходимых для восстановления кислорода до воды, но и в переносе протонов из внутренней фазы наружу [Константинов, 1977; Wikstrom, Krab, 1979; Krab, Wikstrom, 1979; Wikstrom, 1981; Wikstrom et al., 1981]. Неясно пока, каким образом происходит транспорт протонов против поля. Предполагается, что наиболее гидрофобная третья субъединица цитохромоксидазы формирует редокс-зависимый протонный канал [Azzi et al., 1979; Wikstrom, 1981; Wikstrom et al., 1981]. В пользу этого говорит факт подавления функции цитохромоксидазы как протонной помпы в присутствии ДЦКД, который избирательно связывается с третьей субъединицей [Azzi et al., 1979; Azzi, 1980; Casey et al., 1980]. Однако обнаружено [Prochaska et al., 1981] связывание ДЦКД и с другими субъединицами. Об этом же свидетельствует отсутствие переноса протонов через мембрану, если встроенная в липосомы цитохромоксидаза лишена третьей субъединицы [Coin, Hinkle, 1979; Saraste et al., 1981; Wikstrom, 1981]. Важную роль в транслокации протона, по-видимому, играют редокс-превращения гема а [Константинов, L977; Artzatbanov et al., 1978; Wikstrom, L981], на что указывает чувствительность этого цитохрома к протонам матрикса и зависимость его редокс-потенциала от наличия третьей субъединицы (рис. 6).
