Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Недавно Киношита и соавт. [852] получили очень интересные результаты, указывающие на энергизацию мембраны S. faecalis посредством Na+—АТРазы в условиях, когда невозможна Н+-энергетика. В первой серии опытов был найден мутант, дефицитный по Н+—АТРазе. Его общая АТРазная активность составляла всего 30% от контроля. Что касается Na+—АТРазы, то ее вклад резко возрос: активность этого фермента была в 40 раз больше у мутанта, челг у исходного штамма. Подобно ^+-дыхательной цепи V. alginoyticus и Bal5 Na+—АТРаза S. faecalis была наиболее активна в щелочной среде (pH 8,0—9,0).
В следующей серии экспериментов было показано, что количество Na+—АТРазы может быть повышено и у дикого штамма
S. faecalis, если бактерии растить в присутствии ионов Na+ и 2-10~5 М ХКФ. В этих условиях Na+—АТРаза достигала уровня 75% от того, что наблюдался у мутанта. Исключение Na+ из состава среды роста предотвращало индукцию Na+—АТРазы [852]. Недавно этот результат был подтвержден Какинумой и Харольдом [805]. Авторы также сообщили, что Na+ необходим для аккумуляции К+ мутантом S. faecalis. Они предположили, что Na+—АТРаза бактерии осуществляет антипорт Na+и К+, подобно Na+/K+-АТРазе животных клеток. Однако в отличие от животного фермента, Na+—АТРаза S. faecalis не активируется ионами К+. Поэтому более правдоподобное объяснение состоит в том, что перенос К+ осуществляется К+-унипортером (или К+-каналом) под действием AY. образуемой Na+—АТРазой.
Два свойства Na+—АТРазы S. faecalis существенны в настоящем контексте.
1. Она индуцируется в условиях, когда энергизация бактериальной мембраны посредством Н+—АТРазы оказывается невозможной из-за мутации или повышения Непроводимости разобщителем.
2. Na+—АТРаза требует щелочных условий для получения максимальной активности.
386
7. Натриевый мир
К сожалению, авторы не исследовали возможность индукции Na+—АТРазы щелочными условиями среды. Такая индукция представляется вероятной, так как Н+—АТРаза, альтернативный фермент, энергизующий мембрану S. faecalis, репрессируется при росте в щелочной среде [863]. Репрессия сопровождается потерей а-субъединицы фактора Fx [150].
Приняв во внимание все наблюдения, описанные выше, мы можем предположить, что биологическая функция Na+—АТРазы
S. faecalis состоит в энергизации мембраны этой гликолизирующей бактерии в условиях, когда невозможно использовать обычную цепь событий, имеющих результатом накопление метаболитов и другие типы мембранной работы:
глюкоза —» АТР —» Др,Н —» мембранная работа. (59)
В отсутствие AjIH реализуется альтернативный механизм: глюкоза —» АТР — A,uNa —» мембранная работа, (60)
где второй и третий этапы катализируются соответственно Na+— АТРазой и Na+-3aBHcmibiMH портерами.
Механизм подобного типа описан группой Селуина [1011, 1012] у Exiguobacterium aurantiacum. Этот факультативный ал-калофил располагает первичным Na+-HacocoM, откачивающим Na+ из клетки за счет энергии гликолиза. Простейшее предположение состоит в том, что транспорт Na+ осуществляется Na+— АТРазой.
Путь, включающий Na+—АТРазу, по-видимому, имеется у Mycoplasma и Acholeplasma. По Леблану и др. [241, 242], Mycoplasma mycoides располагает двумя механизмами откачки Na+: Na+/H+-aHTHnopTOM, использующим AjIH, и ApiH-независимым Na4--унипортом (или .\а /Кг-антипортом), обеспечиваемым энергией АТР. В той же микоплазме была обнаружена АТРаза, активируемая ионами Na+. Ванадат, оубаин, а также К+ не влияли на эту АТРазу. Подобный фермент был описан у Acholeplasma laidlawii [372, 604, 776, 931]. АТРаза A. laidlawii содержит 5 типов субъединиц, массы которых близки к таковым в факторе Fx. Подобно этому фактору, АТРаза A. laidlawii инактивируется на холоду. В то же время она не чувствительна к ауровертину, специфическому ингибитору фактора Fj [372, 931].
Недавние сообщения о Na+—АТРазе в клетках Propionigenum modestum и метанобактерий будут описаны ниже, когда пойдет речь о AjINa+-3aBHCHMOM синтезе АТР (раздел 7.2.3.1).
7.1.3.2. Na+/K+—АТРаза и Na+—АТРаза животных ,
Na+/K+—АТРазе, описанной в 1957 г. Скоу [1391, 1392], посвящено большое количество исследований. Фермент локализован во внешней мембране животной клетки. Он ответствен за генерацию АЧГ, ApNa и АрК на этой мембране. Такой эффект достигается
7.1. Генераторы AjxNa
387
путем обмена 2Кыаруж на З^внутр, сопряженного с гидролизом одной молекулы АТР. Na+/K+—АТРаза имеет массу порядка 550к Дай состоит из 4субъединиц двух типов (2оси 2Р). Массы субъединиц равны соответственно 95 и 45 кДа [997, 1339]. По данным Ю. А. Овчинникова и сотр. [51, 458, 1150], полученным посредством электронного микроскопирования двухмерных кристаллов фермента (разрешение 2 нм), вертикальный размер сф-протомера около 10 н.м, что больше толщины липидного бислоя. сс-Субъединица выдается из мембраны по обе ее стороны, в то время как Р-субъединица экспонирована на внешней стороне мембраны. N-концевой участок Р-субъединицы гликозилирован. Масса углеводной части равна 7 к Да [51]. По данным, полученным в опытах с химической модификацией и антителами, почти две трети сс-субъединицы находится вне мембраны, причем цитоплазматический домен втрое больше того, который выступает снаружи клетки. a-Субъединица суживается в своей центральной части, погруженной в мембрану. Именно здесь две a-субъединицы контактируют между собой на протяжении
