Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
ацил-Спнаруж + Н+ар>ж -* ацил-Сп-Н+аруж, (42)
ацил-Сп-Н+аруж-, ацил-Сп-Н+нутр, (43)
ацил-Сп-Нвнутр —» ацил-СпВИутр Нвнутр. (44)
В соответствии с предсказанием этой схемы Д. О. Левицкий в нашей группе обнаружил [80, 928, 929], что плоская искусственная фосфолипидная мембрана проницаема для катиона пальмитоилкарнитина. Как показали дальнейшие опыты, рассеяние AjIH в митохондриях разобщителем резко тормозит окисление пальмитоилкарнитина, добавленного после разобщителя. В то же время разобщитель стимулирует окисление, будучи добавленным через 3 мин после пальмитоилкарнитина. По-видимому, количество пальмитоилкарнитина, накопленного энергизованными митохондриями за 3 мин инкубации, было достаточно для активного дыхания в течение всего периода полярографического опыта.
Итак, мы смогли ответить на вопрос, почему карнитин был выбран в качестве переносчика жирных ацилов. Теперь, уже зная функцию карнитина, мы можем лишь поражаться целесооб-
260
5. Потребители AflH
Митохондрия
Межмембранное Внутренняя Матрикс
пространство мембрана
RCC) СпН4
К СО—Си
Цитозоль
Внешняя
мембрана
RCOO” + АТР
АМР + РР,-
СоЛ
R СО—СоА
Рис. 84. Карнитинзависимый транспорт ацилов жирных кислот в матрикс митохондрий
1 — ацил-СоА-синтаза, 2 — внешняя карнитинацилтрансфераза, з — Д(Гн-генераторы дыхательной цепи, 4 — протонирование карбоксильной группы ацилкарнитцна, 5 — ДцН-зависимый вход ацилкарнитина, 6 — депротонирование карбоксильной группы ацилкарнитина, 7 — внутренняя ацилкарнитинтрансфераза, 8 — карнитин / ацилкар-нитин-антипортер
разности устройства этой небольшой молекулы. Все три функциональные группы карнитина необходимы для выполнения им его роли: гидроксил нужен для связи с жирным ацилом, карбоксил — для обратимого связывания протона, а четвертичный азот — для сообщения молекуле переносчика положительного заряда.
Представленная концепция оставляет без ответа лишь один, последний вопрос, а именно: что происходит с карнитином, освободившимся внутри митохондрии в реакции (41)? Эта проблема была решена в 1976 г. Панде и Парвином [1162, 1163] и Рамсеем и Таббосом [1240], обнаружившими стехиометричный карнитин/ ацилкарнитин-антипорт между инкубационной смесью и митохондрией.
Общая схема транспорта внемитохондриальных жирных ацилов в матрикс дана на рис. 84. Процесс начинается во внешней митохондриальной мембране, где локализована ацил-СоА-синтаза, фермент, эстерифицирующий СоА свободными жирными кислотами за счет энергии АТР (реакция 1). В межмембранном пространстве или на внешней поверхности внутренней мембраны ацил-СоА атакуется внешней карнитинацилтрансферазой, в результате чего жирный ацил переносится с СоА на карнитин (реакция 2). Получающийся ацилкарнитин протонируется ионами Ннаруж. Фонд Ннаруж пополняется дыхательными А]1Н-генераторами, откачивающими протоны из матрикса в межмембранное пространство
5.2. Осмотическая работа за счет AuII
261
(реакции 3 и 4). Протонированный ацилкарнитин пересекает внутреннюю мембрану, двигаясь под действием общей АрН (реакция 5), и депротонируется в матриксе (реакция 6). Там ацилкарнитин ацилирует внутримитохондриальный СоА под действием внутренней ацилкарнитинтрансферазы (реакция 7). Освобождающийся при этом карнитин обменивается с внешним ацилкарни-тином посредством карнитин/ацилкарнитин-антипортера (реакция 8).
Интересной чертой этой системы является то обстоятельство, что уровень карнитина в матриксе регулирует распределение потока ацилкарнитина в митохондрию между ДрН-зависимым (т. е. связанным с энергетическими затратами) путем 5 и энергонезависимым антипортом 8. Вероятно, АрН-зависимый путь преобладает в тот момент, когда жирные кислоты начинают окисляться, сменяя какие-то другие субстраты дыхания. В этих условиях концентрация свободного карнитина в матриксе еще слишком мала, чтобы насытить антипортер, имеющий довольно низкое сродство к карнитину (Кт около 1 мМ [301]). На данной стадии затрата АрН оправданна, поскольку это форсирует накопление жирных кислот в митохондриях и тем самым способствует переходу митохондрий на окисление жирных кислот. Массированное поступление ацилкарнитина в матрикс с последующей утилизацией жирных ацилов в системе (3-окисления приводит к накоплению карнитина в матриксе митохондрий в количествах, достаточных для активации антипортера. Теперь уже можно ограничить затраты ДрН на транспорт жирных ацилов, так.как работа антипортера сама по себе не требует протонного потенциала. Следует отметить, однако, что в энергизованных митохондриях вряд ли можно когда-либо полностью избежать участия ДрН-зависимого пути, поскольку способность проходить сквозь липидные мембраны есть физическое свойство катиона ацилкарнитина. Такой процесс должен иметь место в любой мембране, если хотя бы часть ее площади образована липидным бислоем.
Приведенную выше логику нельзя применить к ацетнлкарни-тину, который слишком гидрофилен для проникающего катиона. В нашей группе [126] было постулировано, что главная функция ацетилкарнитина состоит в забуферивании уровня ацетил-СоА, подобно тому как креатинфосфат забуферивает уровень АТР.
