Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
378 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
них следует упомянуть в данном контексте образование АрН на митохондриальной мембране.
Дипептиды повышают рН-буферную емкость растворов, омывающих мембраны митохондрий. Соответственно увеличивается количество ионов Н+, которое надо перенести через эти мембраны, чтобы создать АрН, достаточную для перехода в состояние дыхательного контроля. Тем самым возрастает количество энергетических эквивалентов, накопленных в форме АрН. Последнее может оказаться существенным для быстрых мышц, прп работе которых наблюдаются резкие изменения уровня 02. Кроме того, дипептиды могут участвовать в транспорте Н+ вдоль мембран митохондриального ретикулума (см. раздел 6.2.4.5).
Глава 7
Натриевый мир
Прогресс биоэнергетических исследований последних лет стимулировал интерес к ионам Na+. Оказалась поколебленной догма о Н+ как единственном сопрягающем ионе. Выяснилось, что роль Na+ не ограничивается его функцией в системе AjIHf-буферов. У некоторых форм жизни ион Na+ прямо вовлечен в превращения энергии, заменяя ион Н+. Значительное таксономическое разнообразие видов, использующих Na+, а не Н+ в качестве первичного сопрягающего иона, указывает на всеобщее распространение вновь открытого типа мембранной энергетики. Возникает впечатление, что наряду с миром живых существ, чья энергетика базируется на циркуляции протонов, существует достаточно обширная область, которую можно было бы назвать «натриевым миром». В настоящей главе мы рассмотрим наблюдения, касающиеся этого нового аспекта нашей науки.
7.1. Генераторы AuNa
7.1.1. Декарбоксилазы, транспортирующие NaT
В 1980 г. Димрот [467] сообщил об открытии первичного AjiNa-генератора, откачивающего Na+ из цитоплазмы бактериальной клетки без участия Ар^Н. Было показано, что Klebsiella аего-genes, растущая в анаэробных условиях, во-первых, декарбокси-лирует оксалоацетат в пируват и С02 только в присутствии Na+
и, во-вторых, декарбоксилирование сопряжено с переносом Na+ из клетки во внешнюю среду против концентрационного градиента:
-ООССН2СОСОО- + rcNa+HyTp + Н+ - СН3СОСОО + С02 + i»Na?apyjK,
(54)
где п, скорее всего, равно 2.
Указанный процесс мог быть показан как в интактных клетках, так и в вывернутых субклеточных пузырьках [468]. Реакция, катализируемая биотиновым ферментом, локализованным в цитоплазматической мембране, протекала в два этапа: 1) перенос карбоксила с оксалоацетата на биотиновую простетичес-кую группу и 2) освобождение С02 из карбоксилированного биотина с регенерацией исходной формы фермента. Для второго этапа требовался Na+ [470]. Декарбоксилирование и транспорт
380
7. Натриевый мир
Na+ были чувствительны к авидину, ингибитору биотиновых ферментов. При транспорте Na+ внутренний объем вывернутых субклеточных пузырьков заряжался положительно, что свидетельствовало об электрогенном характере этого транспорта; AY и ApNa, измеренные соответственно по накоплению радиоактивных SCN- и Na+, были равны 65 и 50 мВ, т. е. общая Д|Ша оказалась 115 мВ [469].
Оксалоацетатдекарбоксилаза К. aerogenes состоит из а-7 |3- и у-субъединиц с молекулярными массами соответственно 65, 34 и 12 кДа. сс-Субъединица — периферический белок, в то время как 0- и у-субъединицы — интегральные мембранные белки, переходящие в раствор только в присутствии детергента. Биотин связан с сс-субъединицей. Ее триптическое переваривание дает 51 кДа-полипептид, не содержащий биотина. Протеолиз Р-субъединицы тормозится ионами Na+. Эти факты могут указывать на то, что сс-субъединица участвует в катализе, а |3-субъеди-ница имеет отношение к транспорту Na+ [474].
Дальнейшие исследования показали, что К. aerogenes — не единственный микроорганизм, располагающий ^'‘'-транспортирующей декарбоксилазой. ^+-транспортирующая оксалоацетатдекарбоксилаза обнаружена также у Klebsiella pneumoniae [475] и Salmonella typhimurium [471].
У Acidaminococcus fermentans, Peptococcus aerogenes, Clostridium symbiosum и Fusibacterium nucleatum глутаконил-CoA (интермедиат сбраживания глутамата до ацетата и бутирата) декарбоксилируется в кротонил-СоА сопряженно с транспортом Na+:
СоА-СО-СН=СН-СН2-СОО- + rcNa+HyTp +
+Н+ Со А—СО—СН=СН—СН3 + С02 + Na+apyw. (55)
Эта система была открыта Букелем и соавт. [326—328, 1612]. Ферменты из четырех названных выше видов бактерий отличаются по молекулярным массам, но имеют ряд общих существенных свойств. Все они содержат биотин, чувствительны к авидину, требуют Na+ и могут быть реконструированы в протеолипосомы, накапливающие Na+ при декарбоксилировании. Моненсин предотвращает образование градиента Na+.
Независимо группа Димрота показала, что декарбоксилиро-вание метилмалонил-СоА в пропионил-СоА также поддерживает транспорт Na+. Эта реакция обнаруживается у строго анаэробной Veilonella alcalensis, превращающей лактат в ацетат и про-пионат [721, 722], и у Propionigenum modestum, утилизирующей сукцинат с образованием пропионата [472, 723]. Перед декарбо-ксилированием сукцинат превращается в метилмалонил-СоА, декарбоксилирование которого собственно и сопряжено с транс-
