Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
В 1985—1986 гг. наблюдение Шенхайта и Перски было подтверждено Ланкастером и сотр., работавшими с другой метаногенной бактерией, Methanococcus voltae [155, 411, 903]. Было показано, что синтез АТР может быть вызван диффузионным потенциалом ионов К+ с валиномицином или ионов Н4- в присутствии разобщителя-протонофора SF 6847. В последнем случае к бактериям, инкубированным с разобщителем при кислом pH, добавляли КОН. Выход Н+ из клетки, катализируемый разобщителем, должен был создавать АТ (внутри клетки знак «минус»). Было постулировано, что наблюдавшийся в ответ на защелачива-ние АТР синтез происходил за счет этой АТ (рис. 119). В соответствии с этой интерпретацией было показано, что Na+ необходим для синтеза АТР в присутствии разобщителя, а К+ и валиномицин, разряжающие диффузионный потенциал ионов Н+, прекращали этот синтез [411]. Дальнейшие опыты продемонстрировали, что добавление NaCl к бактериям в безнатриевой среде также вызывает синтез, причем этот эффект снимается моненсином [346, 903]
7.2. Утилизация AjxNa, образуемой первичными ДщН-генераторами 397
Дремя, t
Рис. 119. Синтез АТР, индуцированный разобщителем-протонофором в клетках Methanococcus voltae
а, б — клетки инкубировали при pH 5, после чего pH внезапно повышали до 7,9 добавкой КОН. В качестве разобщителя-про-тонофора использовали 5'10_6М SF 6847. (По: Крайдер и др. [411]); в — схема, поясняющая результаты, приведенные на рис. а и б; 1 — электрогенный выход Н+ по градиенту pH под действием протонофора: 2 — синтез АТР при обращении Na+-ATP-азы под действием^ AW, образованной процессом 1; 3 —поток К+, катализируемый валиномицином, сбрасывает Af", которая образуется процессом 1, в результате чего тормозится синтез АТР
К+
398
7. Натриевый мир
и диэтилстильбэстролом [903]. В тех же условиях диэтилстильбэ-строл не влиял на фосфорилирование, сопряженное с метаноге-незом [903].
Ланкастером и соавт. [155] было отмечено, что отношения, описанные для М. voltae, присущи также Methanobacterium thermoautotrophicum с тем лишь отличием, что синтез АТР на искусственно созданной ДТ оказался устойчивым к диэтилстиль-бэстролу. В то же время он тормозился хармалином, ингибитором ряда Ма+-зависимых процессов.
Приведенные выше данные о синтезе АТР, требующем присутствия разобщителя-протонофора, служат доказательством того, что определенные виды бактерий имеют в своем распоряжении мембранный механизм синтеза АТР, альтернативный протонному фосфорилированию. К сожалению, остается неясным, использует ли М. voltae этот механизм для образования АТР в физиологических, а не модельных условиях. Сами авторы данной работы склонны рассматривать свое наблюдение лишь как свидетельство того, что М. voltae имеет Na+—АТРазу, функция которой сводится к откачке Na+ из цитоплазмы этой морской солеустойчивой бактерии. Однако остается открытым вопрос, не участвуют ли ионы натрия в единственном процессе запасания энергии у метаногенных бактерий, а именно в фосфорилировании, сопряженном с образованием метана.
Показано, что Na+ необходим для метаногенеза [1184, 1185] и сопряженного синтеза АТР [1335]. Было найдено [1333], что образование АТР при метаногенезе у М. thermoautotrophicum устойчиво к разобщителям и ДЦКД. Последний не тормозил также и синтез АТР на диффузионном потенциале ионов К+. Предположив, что метаногенез сопряжен с генерацией AjINa, мы могли бы найти место и для Na+—АТРазы, которая служила бы ферментом, использующим эту AjINa для синтеза АТР.
Другая возможность состоит в том, что Na+ нужен для метаногенеза как кофактор, а синтез АТР, сопряженный с образованием метана, организован по принципу субстратного фосфорилирования (именно этот вариант рассмотрен Ланкастером и др. [411, 902]). Что касается Na+—АТРазы, то она образует AjINa, необходимую для совершения осмотической работы. Как было установлено в группе Шпротта, многие аминокислоты транспортируются в М. voltae вместе с ионами Na+ [527, 772].
Еще одно объяснение необходимости ионов Na+ для метаногенеза было выдвинуто недавно Мюллером и др. [1082]. Авторы получили указание на то, что превращение метанола в метан включает энергозависимый окислительно-восстановительный процесс, поддерживаемый энергией AjINa (см. также [269]).
7.2. Утилизация AuXa, образуемой первичными ДиН-генераторами 399
7.2.3.2. «Натриевое» дыхательное фосфорилирование у Vibrio alginolyticus
Как мы уже отмечали, указание на Na^-зависимое дыхательное фосфорилирование было получено при изучении интактных клеток Pseudomodas stutzeri [865], хотя возможность того, что циркуляция Na+ участвует в энергетическом сопряжении, в этой работе не рассматривалась.
Впервые подобного рода механизм был упомянут в 1981 г. Гуффанти и соавт. [657] как один из возможных способов синтеза АТР при дыхании алкалофильных бацилл. Однако исследование энергетики данных микробов привело авторов к мнению, что эти существа решают свои проблемы каким-то другим путем.
Недавно нам удалось продемонстрировать «натриевое» дыхательное фосфорилирование в клетках V. alginolyticus. На мысль о наличии такого процесса у этого вибриона нас навели опыты по движению. Оказалось, что KCN или анаэробиоз парализуют клетки V. alginolyticus, только если гликолитическое образование АТР подавлено арсенатом или фторидом. В условиях активного дыхания ни арсенат, ни фторид движения не тормозили [376, 1418]. Можно было полагать, что гликолитический АТР гидролизуется Na+—АТРазой, которая образует AplNa, используемую затем Na+-M0T0p0M. Дальнейшее предположение состояло в том, что в аэробных условиях Na+—АТРаза действует как АТР-синтаза, образуя АТР за счет AjJNa, генерируемой дыханием.
