Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы подтвердить эту гипотезу, мы исследовали образование тепла в организме теплокровных, подвергнутых воздействию
320 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
холода. Как уже отмечалось выше, свободное окисление действительно активируется в мышцах и печени. Впоследствии подобный эффект был описан другими исследователями в буром жире и в цветах некоторых растений.
Что касается неэнергетических функций свободного окисления, то их наиболее наглядным примером могут служить системы, обеспечивающие разрушение конечных продуктов метаболизма и токсичных веществ-ксенобиотиков.
В 1962 г. мы обнаружили, что коэффициент P/О при окислении лактата кислородом в мышцах оказывается значительно ниже, чем при использовании других субстратов дыхания, окисляющихся через NAD+ [123]. Этот факт был расценен как указание на роль свободного окисления в ликвидации избытка лактата, накапливающегося при тяжелой физической работе. Как показали последующие опыты, проведенные в нашей группе [2], в мышечных митохондриях существует ротенон- и антимицинустойчи-вый путь окисления внемитохондриального NADH. Подобно аналогичной системе в печени, этот путь требует присутствия цитохрома с в межмембранном пространстве митохондрии, он тормозится цианидом и низкими концентрациями мерсалила [2, 1478]. Главное отличие от печени состоит в том, что в мышечных митохондриях не удается обнаружить цитохром Ъ5. Поскольку в цитозоле есть активная лактатдегидрогеназа [142], был постулирован следующий механизм, представляющий, по сути дела, комбинацию свободного и сопряженного окисления в дыхательной цепи:
лактат —NADH —//s —»? X ?—*? С—»ДДз О,’ (50) наруж s Т
ДрН
где X — неизвестный переносчик, по-видимому, заменяющий в мышцах цитохром Ъъ.
Активация этого пути при тяжелой физической работе может быть обусловлена развивающимся в этих условиях набуханием мышечных митохондрий [626]. Как было отмечено А. А. Ясайти-сом [773], набухание печеночных митохондрий благоприятно для включения внешнего пути окисления, по-видимому, из-за уменьшения объема межмембранного пространства, приводящего к увеличению концентрации свободного цитохрома с на единицу объема заключенной в этом пространстве жидкости.
В этой связи уместно отметить, что окисление лактата в митохондриях дрожжей идет в обход начальных и средних участков фосфорилирующей дыхательной цепи. В обходном пути свободного окисления участвует цитохром Ь2, заключенный в межмембранном пространстве, а также цитохромоксидаза. NAD не нужен для окисления лактата дрожжевыми митохондриями [75, 170, 995]. По данным Броди и соавт. [307], клетки Mycobacterium
6.1. Регуляция Л fill
321
phlei окисляют лактат быстрее, чем другие субстраты, но без фосфорилирования.
Впечатляющий прогресс был достигнут при изучении систем свободного окисления, ответственных за детоксикацию ксенобиотиков. В мембране эндоплазматического ретикулума клеток печени были обнаружены особые дыхательные цепи, включающие: 1) цитохром Р-450 в качестве конечной оксидазы и 2) NADPH-цитохром Р-450-редуктазу или NADH-цитохром ЬГ)-ре-дуктазу и цитохром Ъъ [545, 755]. Эти цепи участвуют в окислении множества ксенобиотиков. Образующие их ферменты находятся в клетке в большом количестве. Например, концентрация цитохрома Р-450 в определенных условиях может превышать концентрацию любого другого цитохрома в печени [7].
Свободное дыхание, катализируемое цитохромом Р-450, участвует не только в деструктивных, но также и в некоторых конструктивных процессах, которые обычно локализованы в эндо-плазматическом ретикулуме. Однако, пожалуй, наиболее наглядный пример — это митохондрии коры надпочечника. Показано, что начальный и конечный этапы образования стероидных гормонов (кортизона и альдостерона) осуществляются двумя видами цитохрома Р-450, находящимися во внутренней мембране этих митохондрий. Там же имеется особая редокс-цепь, восстанавливающая цитохром Р-450. Она окисляет внутримитохондриальный NADPH посредством NADPH-адренодоксинредуктазы — флаво-протеида, содержащего FAD. Последний восстанавливает адре-нодоксин — негемовый железопротеид, служащий донором электронов для цитохрома Р-450. Все эти окислительные реакции не сопряжены с генерацией АрН, которая образуется обычной фосфорилирующей дыхательной цепью, локализованной в той же самой мембране (см. обзор: [I486]).
Интересный пример мощной активации свободного дыхания описан в лейкоцитах, атакующих бактериальную клетку. В этом случае особые внутриклеточные пузырьки сливаются с внешней клеточной мембраной лейкоцита. Такой эффект имеет следствием вспышку свободного дыхания, в котором участвует цепь окисления NADH и NADPH, включающая флавопротеиды и самоокис-ляющийся цитохром типа Ь. Цитохром b катализирует одноэлектронное восстановление 02 до супероксидного радикала, который реагирует с С1“ под действием миелопероксидазы с образованием радикальной формы хлора. Последняя, будучи чрезвычайно токсичной, убивает бактерии. Описанная цепь реакций прерывается аскорбатом, восстанавливающим супероксидный радикал [591, 1074, 1270].
