Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Эффекты, подобные описанным выше, были продемонстрированы в той же лаборатории при изучении процессинга другого белка в E.coli, а именно предшественника белка оболочки бактериофага М13 (см. обзоры: [1387, 1648]).
5.2. Осмотическая работа за счет А|».Н
281
По некоторым данным, AjIH необходим не только для экспорта определенных белков из цитоплазмы, но и для удержания цитоплазматических белков внутри бактериальной клетки. Показано, что в оболочке устойчивого к протонофорам мутанта E.coli, выращенного в присутствии протонофора, обнаруживается какой-то новый белок массой 42 кДа. Белок, найденный как в цитоплазматической, так и во внешней мембране клетки, оказался рибо-сомальным фактором элонгации TU(EF—Т„) [1343].
5.2.8.3. Роль в транспорте белков и их укладке
в мембране
В некоторых случаях найдено, что AjIH или ДТ необходимы для правильного встраивания белка в мембрану. Вероятно, простейшим примером такого рода явления может быть ДТ-зависимое образование каналов в плоской фосфолипидной мембране при добавлении пептидного антибиотика аламетицина [522]. В этом случае A*F необходима для электрофоретического перемещения заряженных групп аламетицина в мембране.
Асиалогликопротеидный рецептор из печени и мелиттин, активное начало пчелиного яда, встраиваются в плоскую мембрану, только если на нее подано напряжение более 20 мВ. Мелиттин — короткий полипептид (26 аминокислот), так что нетрудно представить себе механизм ДТ-зависимого встраивания в мембрану, включающий трансмембранный электрофорез определенных участков этой молекулы (см. обзор: [1581]).
Уэйнстейн и соавт. [1581], суммируя несколько примеров ориентирующего действия Д Р на расположение полипептидов в мембране, сформулировали правило, что положительно заряженный домен локализуется на внутренней стороне, а отрицательно заряженный домен на противоположной (внешней) стороне цитоплазматической мембраны (рис. 89). На этом рисунке приведены некоторые белки цитоплазматической мембраны бактерий и внешней мембраны животных клеток. Как было показано в разделе 5.2.8.1, подобное правило применимо также к процессу транспорта белков-предшественников через внутреннюю мембрану митохондрий в направлении отрицательно заряженного матрикса. Лидерная последовательность митохондриальных белков отличается высокой основностью, так как содержит несколько положительно заряженных аминокислот. Именно эта часть белка-предшественника переносится энергозависимым образом. Остальная его часть обычно гораздо менее основна и не требует энергии для своего транспорта.
Возникает впечатление, что белки переносятся через мембрану электрофоретически, двигаясь под действием ДТ-составляющей AjIH (или A]INa). Этот вывод подтверждается данными нескольких лабораторий, свидетельствующих о торможении импорта белков в митохондрии при снижении A'F валиномицином
Цитоплазматическая », Внешняя сторона сторона .-.
Рис. 89. ?Сластеры остатков заряженных аминокислот рицательно заряженные аминокислоты (2) на противоположной в трансмембранных белках стороне мембраны. В случае белка оболочки бактериофага М13 рассматривается цитоплазматическая мембрана бактерии. Во всех дру-Каждый белок имеет преимушеетвенно положительно заряженные гих случаях — внешняя мембрана живртной клетки (по; Уэйнстейн аминокислоты (1) на цитоплазматической сторон? мембраны и от- и др. [1581])
5.2. Осмотическая работа за счет Д(лН
283
плюс К+ (см. обзоры: [695, 748]). Не исключено, однако, что АрН, получающаяся из АТ* при действии валиномицина, отчасти рассеивается за счет К+/Н+-антипорта, возникающего в митохондриях в определенных условиях. К сожалению, в опытах, упомянутых выше, Д]1Н не измеряли. Другая возможность состоит в том, что набухание митохондрий при накоплении ими ионов К+ может нарушать контакты двух митохондриальных мембран, которые, по-видимому, необходимы для транспорта белков (см. ниже).
Несмотря на все эти оговорки, электрофоретическая модель в настоящее время — простейшая из возможных. Недавно она получила серьезное подтверждение в опытах Пфаннера и Нойперта [1188]. По данным авторов, импорт митохондриальных белков может поддерживаться искусственно созданной Д?, но не ДрН, которую образовывали при добавлении валиномицина к митохондриям, нагруженным ионами К+ и инкубируемым в бескалиевой среде. Диффузионный потенциал К+ и поддерживаемый этим потенциалом импорт белков лишь частично снижались при добавлении разобщителя-протонофора.
Суммируя все эти наблюдения, мы можем заключить, что в белковом транспорте положительно заряженный лидер играет роль, подобную роли карнитина в переносе жирных ацилов. Оба они, лидер и карнитин, напоминают по своей функции электровоз, использующий электрическую тягу, чтобы везти железнодорожный состав, который много больше его по размеру и сам по себе неподвижен.
В митохондриях исключение из правила составляет аспарта-таминотрансфераза, которая импортируется под действием ДрН, а не Д? [1172]. Предшественник этого белка — более кислый, чем сам белок. Может быть, в данном случае кислые аминокислоты, содержащиеся в лидерной последовательности, протони-руются при связывании с внешней поверхностью мембраны и де-протонируются после того, как лидер пересекает мембрану и появляется на внутренней ее стороне. В таком случае ДрН оказывается движущей силой транспорта.
