Молекулярные основы действия ферментов - Севери Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
115-123.
35. К о с s i s J. J., H e r n a n d о v i с h J., Silver M. J. et al.
(1973) Prostaglandins 3, 141-144.
36. Preston F. E., Whipps S., Jackson C. A. et al. (1981) N. Engl.
Med. 304, 76-79.
37. Vinazzer H., Putter J., Loew D. (1975) Haemostasis 4, 12-18.
38. Rane A., Oelz O., Frolich J. C. et al. (1978) Clin. Pharmacol.
Ther. 23, 658-668.
27
О РЕЛАКСАЦИОННЫХ СВОЙСТВАХ МИТОХОНДРИАЛЬНОЙ АТФазы
А. Д. Виноградов и Е. А. Васильева (Кафедра биохимии
биологического факультета МГУ)
Введение
С середины 70-х годов считается общепризнанным,"что движущей силой
эндергонического фосфорилирования АДФ неорганическим фосфатом в
мембранных структурах митохондрий, хлоропластов и бактерий является
разность электрохимических потенциалов ионов водорода (AjiH+) по разные
стороны сопрягающей мембраны [1]. Утилизация энергии Aji Н+ для
фосфорилирования осуществляется сложным липопротеиновым комплексом
ферментов, состоящим из более чем 10 индивидуальных пептидов [2J. АТФ-
синтетазный аппарат митохондрий, часто обозначаемый в литературе как Fo-
Fi, или Н+-АТРаза, состоит из двух частей: Fo-комплекса пептидов,
обеспечивающего специфическую проницаемость мембраны для протонов, и Ft-
комплекса пептидов, непосредственно взаимодействующего с нуклеотидами и
неорганическим фосфатом. Комплекс Fo-Fi катализирует реакцию
АД Ф + Фп+лН+внеш ~ АТФ+/гН+ВПут, (1)
где реакции Н+ВЕеш -*-*¦ Н+ВНут обозначают векторный перенос ионов
водорода по протонному каналу (F0) из внемитохондриального пространства в
матрикс митохондрий.
Химический механизм сопряжения векторного переноса протонов с реакцией
образования терминальной пирофосфатной связи в молекуле АТФ неизвестен.
В литературе отсутствуют какие бы то ни было указания на прямое
взаимодействие субстратов (или продуктов) окислительного фосфорилирования
с компонентами протонного канала (F0). С другой стороны, изолированный
фактор Fi, во-первых, обладает высокой АТФазной активностью [3], а во-
вторых, имеет специфические места для связывания нуклеотидов [4, 5],
неорганического фосфата '[6-8] и ионов Mg+2 [9], т. е. для всех
субстратов окислительного фосфорилирования. Таким образом, есть все
основания полагать, что F] является той химической "машиной", которая
способна трансформировать энергию электрохимического потенциала ионов
водорода в фосфорильный остаток АТФ.
Изолированный фактор F] состоит из 5 типов субъединиц (За, Зр, у, б,
е) ,[10]- и способен связывать 6 молекул нуклеотидов [4,5], 1 или 2
молекулы неорганического фосфата [6-8] я
1-2 иона Mg+2 [9] на одну молекулу олигомерного фермента.
28
Олигомерный комплекс F] функционирует кооперативно, что недвусмысленно
доказано с использованием нескольких экспериментальных подходов. Кратко
перечислим наиболее убедительные доказательства структурной и
функциональной кооперативности Fi:
1) включение 1 молекулы ковалентного модификатора на 1 молекулу
олигомерного комплекса полностью блокирует АТФазную активность F]
[11,12];
2) отрицательная кооперативность при связывании нуклеотидов с
фактором F] [4, 13] и резко выраженная положительная кооперативность в
проявлении гидролитической активности фермента при последовательном
связывании АТФ или его аналогов [14-
17];
3) качественная и количественная картина реакций изотопного обмена,
катализируемых митохондриальной АТФазой, сильно зависит от концентраций
нуклеотидов [18];
4) стационарная кинетика гидролиза АТФ растворимым факто-
ром F] i[19, 20] (но не субмитохондриальными частицами) не подчиняется
кинетике Михаэлиса. . -
Недавно было убедительно показано, что при гидролизе АТФ растворимой
АТФазой не образуется ковалентносвязанных интермедиатов реакции [21]. В
связи с этим основным методологическим подходом к изучению механизма
функционирования АТФ-синтетазного комплекса с использованием либо
растворимого фактора F] (АТФ-гидролазная реакция), либо
субмитохондриальных частиц (АТФ-гидролазная и АТФ-синтетазная реакции)
было и остается изучение кинетики катализируемых ими реакций.
Существование на молекуле фермента нескольких центров связывания
субстрата позволяет постулировать практически сколь угодно сложные
кинетические схемы АТФазной и АТФ-синтетазной реакций. В настоящее время
наиболее популярна, хотя отнюдь не доказана, с^ема Бойера [22]. Эта схема
основана главным образом на анализе реакций изотопных обменов,
катализируемых субмитохондриальными частицами [23-25], и является
развитием моделей, предложенных ранее Репке [26] и Лаздунским [27] для
описания механизмов функционирования кооперативных ферментов.
Предпосылкой подавляющего большинства работ, посвященных
экспериментальному изучению гидролиза АТФ митохондриальной АТФазой или
построению моделей функционирования этого фермента, является
представление об АТФазной реакции как об обратной последовательности
элементарных актов, происходящих при синтезе АТФ из АДФ и неорганического
