Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Унемото и др. [1513, 1538] показали, что Na+ необходим для максимальной активности NADH-оксидазы Vibrio costicola. В то же время Хамаиде и др. [671—673], изучая энергетику этого вибриона, пришли к выводу, что она базируется на откачке дыханием ионов Н+, а не Na+. Авторы относят V. costicola к ней-трофилам, так как они растут в пределах pH 5,5—9,0 [671], в то время как V. alginolyticus принадлежит к щелочеустойчивым микроорганизмам [1512]. Вопрос о том, Н+ или Na+ играют роль сопрягающего иона V. costicola, требует дальнейших исследований. Вполне возможно, что Na+- и Н+-транспортирующие дыхательные цепи сосуществуют в мембране этих вибрионов, преобладая при росте соответственно в щелочной или нейтральной среде.
Свидетельство в пользу такой возможности было недавно получено в лаборатории Унемото. Оказалось, что вывернутые субклеточные пузырьки V. costicola окисляют NADH с образованием AjINa. В тех же условиях окисление лактата давало AjIH. В последнем (но не в первом) случае перенос Na+ был сопряжен с дыханием лишь косвенно, при участии Na+/H+-affninopTepa, чувствительного к амилориду [1533]. По данным нашей группы, окисление NADH субклеточными пузырьками V. alginolyticus образует N а'-потенциал, а окисление сукцината — Н+-потенциал.
Недавно были получены сведения о существовании Ша+-ды-хания» у Vibrio parahaemolyticus [1525].
Другой пример Na’''-транспортирующего дыхания был описан не так давно Ави-Дором и соавт. [831—834, 1371]. Работая с гало-толерантной бактерией Ва1? авторы показали, что добавка Na+ при pH 8,5 стимулирует поглощение кислорода, генерацию AY и вход протонов в клетку. Разобщитель-протонофор вызывал дальнейшее увеличение входа Н+, сопровождающееся снижением
384
7. Натриевый мир
Д^Р. Эти наблюдения можно было объяснить, предположив, что дыхательная цепь откачивает Na+ из цитоплазмы, тем самым генерируя ДЧ*'. Существенно, что данная система действовала только в щелочных условиях, будучи неактивной при pH 6,5.
Ка+-зависимое дыхание Вах очень чувствительно к HQNO 1832]. Есть ряд указаний, что место взаимодействия ионов NaT с NADH-хинонредуктазой Вах и V. alginolyticus локализовано на стадии восстановления семихинона в гидрохинон [832, 1537]. Высказана гипотеза, что в процессе своего транспорта ион Na+ соединяется с анион-радикалом Qv и образующийся электроней-тральный комплекс Na+-Q~ переносится через гидрофобный слой мембраны [832]. Продолжая эту логику, можно предположить, что также и некоторые другие хинонзависимые преобразователи энергии способны участвовать в транспорте Na+. В этой связи следует иметь в поле зрения фотосинтетическую редокс-цепь х.
В литературе можно найти целый ряд наблюдений о стимулирующем действии Na+ на дыхание морских щелоче-илн солеустойчивых бактерий (см. обзоры: [132, 842]). Однако требуются дальнейшие опыты, чтобы выяснить, нужен ли Na+ как аллостери-ческий активатор или как транспортируемый ион. В этой связи представляется весьма заманчивым продолжить одну из первых работ, описывавших Ка+-стимулируемое дыхание. Мы имеем в виду публикацию Кодамы и Танигуси [864, 865], показавших, что у негалофильного Pseudomonas stutzeriuon Na+ необходим для: 1) роста в любых условиях, 2) максимальной скорости дыхания, 3) импорта К+, глутамата, лейцина и фосфата и 4) подвижности. К сожалению, у авторовне было мысли о возможной роли Na+ как сопрягающего иона и транспорт Na+ остался неисследованным.
1 Как было показано Беккером и Брандом [234], у Anacystis nidulans и других цианобактерий существует особое место в фотоцепи, для функционирования которого абсолютно необходим катион. Это место локализовано в фотосистеме II или сразу после нее, т. е. там, где принимает электроны пластохинон. Среди испробованных катионов эффективными оказались только Na+ и Са2+. Поскольку действующие концентрации двух катионов были близки (0,5—1-10-5 М), а ионов натрия в цитоплазме гораздо больше, чем кальция, мы можем заключить, что природным катионом-активатором служит Na+, а не Са2+. В нашей группе И. И. Броуном и др. [30, 311, 312] была показана необходимость Na+ для фотосинтеза, движения и генерации AY на цитоплазматической мембране щелоче- и солеустойчивой цианобактерия Oscillatoria brevis.
По данным Миллера и соавт. [1033], рост и фотосинтез другой алкало-толерантной цианобактерии Synechococcus leopoliensis также требуют Na^. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы ответить на вопрос, имеют ли описанные выше эффекты отношение к проблеме транспорта ионов Na+.
7.1. Генераторы Au\a
385
7.1.3. Na^-транспоргирующие АТРазы 7.1.3.1- Бактериальные Na+—АТРазы
В 1982 г. Хифнер и Харольд [702] представили убедительные свидетельства существования №+-транспортирующей АТРазы у Streptococcus faecalis. Было показано, что вывернутые субклеточные пузырьки из S. faecalis отвечают на добавку Na+ стимуляцией своей АТРазной активности. Радиоактивный Na+ накапливался в пузырьках сопряженно с гидролизом АТР. Na+/H+-aHTHnopT, описанный ранее в той же группе при исследовании пузырьков из S. faecalis, мог бы быть отчасти артефактом из-за переваривания Na+—АТРазы протеолитическими ферментами этих бактерий в процессе их разрушения [702].
