Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
5.2.7. Некоторые примеры
АрН-зависимых белков-переносчиков
В принципе говоря, образование концентрационных градиентов того или иного вещества за счет энергии ДрН может происходить и без какого-либо специального энергопреобразующего устройства. Как уже упоминалось выше, ацетат должен накапливаться в митохондриях, а аммиак — откачиваться во внемитохондри-
262
5. Потребители AjaH
альное пространство под действием АрН без всяких переносчиков просто потому, что мембрана проницаема для СН3СООН и NH3. В такой ситуации включение переносчика может лишь ускорить процесс транспорта. В то же время переносчик оказывается совершенно необходимым, если транспортируемое вещество или химическая группировка сами по себе не могут двигаться через мембрану в нужном направлении. Живая клетка всегда стремится избежать спонтанных событий, предпочитая иметь дело с процессами, катализируемыми белками. В этом случае может быть получена высокая специфичность в отношении субстрата и регулируемая в широких пределах скорость реакции. Данный принцип применим и к AjIH-зависимой осмотической работе.
Огромное большинство транспортных механизмов обслуживается специальными переносчиками. В некоторых довольно редких случаях переносчик может быть достаточно просто устроен, как, например, карнитин. Грамицидин, образующий канал, проницаемый для К+, Na+ и Н+, калиевый унипортер валиноми-цин, К+/ ЬГ-а пт ип о р те р нигерицин, N а+/ ТГ - a i ? т и портер монен-син (структуры см.: [106]) также выглядят сравнительно простыми веществами рядом с белковыми молекулами. Однако следует помнить, что и карнитин, и антибиотики-ионофоры выполняют достаточно примитивные функции. В случае карнитина — это включение процесса транспорта, который затем, набрав необходимый темп, переходит на другие рельсы, где уже требуется белок-переносчик (карнитин/ацилкарнитин-антипортер). Что касается антибиотиков, то их роль, по всей видимости, сводится к повреждению мембраны клеток конкурирующих видов. Если функция переносчика более сложна, то это всегда белок.
Белки-переносчики — это транс мембранные полипептиды, которым при их работе иногда ассистируют периферические или водорастворимые белки. Давайте вернемся в этой связи к хорошо изученной системе транспорта аминокислот в Е. coli (см. раздел
5.2.1, табл. 13). Показано, что транспортные белки 1, 2, 5, 7, 8 и 14 действуют без водорастворимых белков-помощников. Другие системы, перечисленные в той же таблице, используют растворимые белки. В случаях 3,4 и 6 такие белки играют роль буферов, стабилизирующих уровень аминокислот в периплазме. Они обратимо связывают аминокислоты, поступающие из внешней среды, и освобождают аминокислоты, когда концентрация последних в периплазме падает из-за активности белков-переносчиков, локализованных в цитоплазматической мембране. Благодаря всем этим эффектам стабилизируется скорость импорта аминокислот в цитоплазму. Иная ситуация описана для систем 9 и 10. Здесь белки-помощники необходимы для транспорта как такового. Связав аминокислоту в периплазме, белок-помощник образует комплекс с одним из интегральных белков цитоплазматической мембраны, который играет роль «апопереносчика». Белок-помощ-
5.2. Осмотическая работа за счет AjIH
263
ник в системах 9 и 10 обусловливает специфическое сродство «холопереносчика» к транспортируемому веществу [167]. Ниже мы рассмотрим некоторые из Д]ГН-зависимых транспортных систем, изученных достаточно детально.
5.2-7.1. Лактоза, Н^-симпортер из Е. coli
По мнению Кабака [795], лактоза, Н+-симпортер, полученный из Е. coli,— наиболее изученный переносчик бактериального происхождения. Он был открыт в 1955 г. Коэном и Рикенбергом [392]. Спустя 8 лет, Митчел [1044] предположил, что лактоза сим-портируется с протоном под действием Д]ГН. В 1970 г. Уэст показал, что поглощение лактозы клетками Е. coli сопровождается поглощением ионов Н+ [1582]. В то же время было выяснено, что продуктом гена lac у является какой-то мембранный белок [835]. В 1978 г. Титер и др. [1498] клонировали ген lac у, что позволило выяснить аминокислотную последовательность сим-портера [325], амплифицировать ген [1497] и синтезировать белок in vitro [523]. В 1980 г. симпортер, растворенный октилглюкози-дом, был встроен в протеолипосомы [1102]. (Подробности истории изучения лактозного переносчика см.: [795].)
В опытах с интактными бактериями, вывернутыми суббакте-риальными пузырьками и протеолипосомами, было продемонстрировано, что диффузия лактата в сторону низкой его концентрации приводит к появлению Д]1Н. При этом положительно заряжался и закислялся тот отсек, где концентрация лактозы была ниже. Образуемая Д]1Н тормозила перенос лактозы. Разобщите-Ли-протонофоры снимали торможение.
В то же время транспорт лактозы в сторону большей концентрации за счет энергии Д1Н, образуемой дыханием, тормозился разобщителями. Первоначально этот эффект был показан на интактных клетках Е. coli, а затем протеолипосомах, содержавших симпортер и цитохром о из Е. coli [795].
Описан мутант, сохраняющий способность только к пассивному транспорту лактозы в сторону меньшей ее концентрации. Перенос лактозы через мембрану мутанта не был сопряжен с транспортом протонов (см. обзоры: [795, 1627]).
