Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
6.2.4.8. Цитохром Ъъ
как межмембранный переносчик электронов
Еще одна функция цитохрома Ь6 была обнаружена нами совместно с А. И. Арчаковым и А. В. Карякиным [8, 181]. Было найдено, что пузырьки эндоплазматичеекого ретикулума или митохондрии печени способны восстанавливать цитохром Ъъ протеолипосом, не содержащих других белков, кроме этого цитохрома. В качестве восстановителя использовали NADH. Поскольку эффект не снижался многократными промываниями эндоплазматичеекого ретикулума, мы заключили, что jp5 либо цитохром &5, либо оба эти фермента могут катализировать межмембранный перенос электронов без помощи каких-либо водорастворимых посредников.
Дальнейшие опыты показали, что данное свойство присуще только цитохрому Ъь. Пузырьки эндоплазматичеекого ретикулума обрабатывали проназой при 4°, что приводило к разрушению цитохрома Ъь. При этом активность fp5 сохранялась на вполне измеримом уровне. Такие пузырьки полностью утрачивали способность к межмембранному переносу электронов.
В другом опыте было показано, что 10-минутная предынкуба-ция интактной системы перед добавкой NADH не ускоряет меж-мембранного переноса электронов. Поэтому миграция /р6 между мембранами (см.: [1267, 539]) происходит слишком медленно, чтобы объяснить наблюдаемый эффект.
Используя фрагменты эндоплазматичеекого ретикулума (микросомы) или митохондрии, обработанные мерсалилом (ингибитором fp5), мы показали, что добавка небольших количеств интакт-ных микросом или митохондрий делает возможным восстановление фонда цитохрома Ъ5 в ингибированных пузырьках при до-
368 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
Рис. 114. Перенос электронов с конца одного мембранного тяжа на начало другого тяжа посредством цитохрома Ъъ
Стрелками показан межмембранный электронный транспорт
бавлении NADH. Таким образом, межмембранный перенос электронов возможен: 1) между двумя микросомальньши пузырьками,
2) между двумя митохондриями и 3) между микросомой и митохондрией.
Интересное наблюдение было сделано Грингат и Роузмэном [643], исследовавшими количество цитохрома Ъъ в протеолипосомах, диаметр которых варьировал в 1,5 раза (от 21 до 35 нм). Выяснилось что цитохрома Ъъ оказывается по крайней мере в 20 раз больше в пузырьках меньшего диаметра. Это означает, что цитохром Ъъ может накапливаться в изогнутых участках мембраны, например, в концах митохондриальных филаментов.
Рис. 114 иллюстрирует возможный механизм переноса электронов через щель между двумя соседними митохондриальными филаментами. Предполагается, что молекулы цитохрома Ъь диффундируют в плоскости мембраны вдоль филаментов посредством броуновского движения, сканируя мембрану в поисках окислителя. В области, где два соседних мембранных тяжа находятся на расстоянии не более удвоенного диаметра гидрофильной головки цитохрома Ъ5, цитохром более восстановленного филамента передает электрон цитохрому более окисленного филамента. Эта реакция облегчается вследствие концентрирования цитохро-мов Ъъ в изогнутых окончаниях филаментов, что может быть частным случаем сформулированного нами более общего принципа о «таксисе» мембранных ферментов к их субстратам [1406]. Согласно развиваемым здесь представлениям, большая часть фонда цитохрома Ъъ в данный момент времени не участвует в переносе электронов. Однако большое количество этого, казалось бы, «безработного» цитохрома совершенно необходимо, чтобы быстро найти место контакта двух мембранных структур и уравнять
6.2. Транспорт энергии вдоль мембран в форме Д(хН
369
редокс-потенциал в тех областях клетки, где есть контактирующие мембраны митохондриального или эндоплазматического ретику-лумов. (Напомним, что митохондрии обычно локализуются в местах, где есть эндоплазматическая сеть.)
Межмембранный перенос электронов между митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом позволяет комбинировать диффузию в одномерном пространстве митохондриального фила-мента и двумерном пространстве цистерны эндоплазматической сети. Можно полагать, что таким путем редокс-потенциалы в разных участках клетки выравниваются быстрее, чем посредством диффузии метаболитов или кофакторов в трехмерном проа^ранстве цитозоля.
Возникает вопрос, каким образом ткани, подобные быстрым мышцам, лишенные цитохрома Ъъ, решают проблемы такого рода. В этой связи следует отметить, что площадь мембран эндоплазматического ретикулума в быстрых мышцах гораздо меньше, чем в ряде других тканей. Вместо этого здесь очень развит митохондриальный ретикулум. Может быть, межмембранный транспорт между митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом здесь оказывается ненужным. Что касается переноса электронов вдоль внешней мембраны митохондриального ретикулума, то он мог бы обеспечиваться ротенонустойчивой NADH-дегидрогеназой, присутствующей в этой мембране, так же как во многих других мембранах, за исключением внутренней митохондриальной [1406]. Для этого флавопротеида не обнаружено иных активных окислителей, кроме NAD+. Поэтому он представляется хорошим кандидатом на роль переносчика атомов водорода вдоль мембраны, подобного//? 6.
