Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, конечными продуктами сбраживания цитрата оказываются СН3СОО“, НС03 и НСОО~. По мысли авторов, выход этих анионов из клетки происходит путем их симпорта с Н+, что должно приводить к генерации АрН (аналогичный процесс действительно описан у гликолизирующих бактерий, юторые образуют лактат — см. раздел 5.2.4).
Броди и соавт. [917] удалось выделить Na+, пролин-симпортер из М. phlei, который оказался белком массой 20 кДа. Очищенный симпортер был реконструирован с фосфолипидами. Полученные протеолипосомы транспортировали пролин за счет АЧГ, образованной диффузией ионов К+. Аккумуляция пролина тормозилась протонофорами, снижавшими А^Р, а также сульфгидрильными ] еагентами.
390
7. Натриевый мир
(О растворении и реконструкции ^+-зависимой системы из Pseudomonas aeruginosa, транспортирующей аминокислоты с разветвленной боковой цепью, см.: [1540].)
Частичная очистка и реконструкция Na+,acnapTaT-cHMnop-тераизгалофильной Halobacterium halobium быланедавно описана Грином и Мак-Дональдом [642]. Вообще морские и галофильные микроорганизмы, подобно алкалофильным, обычно используют Na+, а не Н+ как симпортируемый ион. Это верно также и для внешней мембраны клеток высших животных, омываемой раствором с высокой концентрацией NaCl. Данное обстоятельство — еще одно свидетельство справедливости мнения о том, что кровь — частичка океана в нашем теле. Генераторами AjINa на плазмалем-ме животных клеток служит Na+/K+—АТРаза (а в некоторых случаях также и Na+—АТРаза). Образованная AjINa утилизируется различными переносчиками, транспортирующими в клетку аминокислоты, сахара, жирные кислоты и другие соединения (см. обзоры: [735, 741, 816, 1583]). Некоторые из этих Na+, ме-таболит-симпортеров выделены и встроены в протеолипосомы (см., например, [866, 1348]).
Неожиданное наблюдение было сделано при изучении Na+, глюкоза-симпортера в адипоцитах. Как оказалось, этот переносчик присутствует не только во внешней мембране, но и в каких-то пузырьках, локализованных в цитоплазме животной клетки. Эти пузырьки, по-впдимому, играют роль депо переносчика. Добавление инсулина (1-10-10 М) вчетверо увеличивает количество переносчика во внешней мембране адипоцита, причем эффект гормона развивается всего за 2,5 мин. Последующее промывание клеток раствором антител к инсулину вызывает снижение уровня Na+, глюкоза-симпортера в этой мембране [1583].
Некоторые животные клетки содержат Н+—АТРазу во внешней мембране (см. выше раздел 4.5.2). В этих клетках описаны Н+, метаболит-симпортеры (см., например, [918]).
7.2.1.2. Ионы Na+ и регуляция внутриклеточного pH
Бактерии весьма успешно решают проблему гомеостаза внутриклеточного pH. Как было показано в группе Макнаба [1428], у Е. coli этот гомеостаз наблюдается при рНнаруж 5,5—9,0. В указанном интервале рНнаруж величина рНвнутр описывается уравнением
Рнвнутр = 7,5-0,! (РНнаруЖ-7,6), (65)
так что значения рНвну,р при рНнаруж 5,5 и 9,0 равны соответственно 7,4 и 7,8.
При понижении рНнаруж закисление цитоплазмы может быть предотвращено посредством импорта К+, разменивающего образуемую A|-iII- генератором AY на АрН нужного направления (цитоплазма щелочнее внешней среды) (рис. 117,а).
7.2. Утилизация A.uNa, образуемой первичными iuIT-генераторами 391
Рис. 117. Возможные механизмы стабилизации pH в цитоплазме бактерий
а — [Н+]наруж> [Н+]внуТр. ДцН-генератор выбрасывает ионы Н+ из клетки и образует A’F (верхняя реакция). Эта ДЧГ разряжается потоком К+ в клетку (нижняя реакция), так что образуется ДрН нужного знака (цитоплазма защелачивается);
б — [Н+]наруЖ [Н+]ВНутр; потеря клеткой ионов Н+ из-за работы ДцН-генераторов
+ +
(реакция 2) компенсируется входом Ннаруж в обмен на NaBHyTp (реакция 2);
в, г — [Н+]нарун; < [Н+]внутр; в — Н+-помпа откачивает Н+ из цитоплазмы, генерируя (верхняя реакция). Эта Д^ используется Ка+/2Н+-антипортером, обменивающим один ХаВНутр на Два НнаруЖ (нижняя реакция); г — первичная Na+-noMna заряжает мембрану, откачивая Na4 во внешнюю среду (верхняя реакция). Унипорт Н+ в клетку разряжает Д w1 и подкисляет цитоплазму (нижняя реакция)
При нейтральном рНнаруж единственная задача — вернуть в цитоплазму ионы Н+, теряемые клеткой из-за работы Д]1Н-гене-раторов. Проблема может быть решена посредством электроней-трального Na+/H+-aHTHnopTa (рис. 117, б).
392
7. Натриевый мир
Электронейтральный Na+/H+-aHTimopT эффективен в поддержании pH-гомеостаза только при условии, что рНнаруж рНвнуТр. Иные механизмы закисления цитоплазмы оказываются необходимыми, если рННаруж выше, чем рНвнутр. Бактерия сталкивается с этой проблемой, когда среда роста становится щелочной. Теперь электронейтральный Na+/H+-aHTHnopTep уже не может обеспечивать вход Н" в клетку, так как градиенты pH и pNa неблагоприятны для такого процесса. Один из способов предотвратить защелачивание цитоплазмы при высоком рНнарУж — это сделать Na+/H+-aHTHnopTep электрогенным (например, обмен одного Na+ на два Н+). Если при этом ДТ, образуемая Д(1Н-ге-нератором, достаточно высока, чтобы перекрыть неблагоприятное действие ДрН и ApNa, то взаимодействие ДрСН-генератора и Na" 2Н+-антипортера будет поддерживать рНвнутр <С рНпаруж (рис. 117, в). Следует отметить, что электронейтральный и электро-генный Na+/H+-aHTHnopTepbi не хмогут действовать одновременно, иначе произойдет рассеяние Д|1Н [354].
