Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Как показали П. А. Дибров, М. J1. Верховская и P. J1. Назарова [33, 52, 466, 1417], добавление лактата к клеткам V. alginolyticus, отмытым от эндогенных субстратов, ведет к резкой стимуляции поглощения кислорода и многократному возрастанию уровня АТР, достигающего такового в неотмытых клетках. Этот синтез АТР стимулируется ионами Na+ и подавляется HQNO, ингибитором ^+-транспортирующей дыхательной цепи. Обратная ApNa ([Na+]BHyTp [Na+]Hapym) полностью подавляет дыхательный синтез АТР без снижения скорости дыхания или величины AT.
В дальнейших опытах нам удалось продемонстрировать синтез АТР, поддерживаемый энергией искусственно созданной ApNa правильного направления ([Na+]BHyTp <С [Na+]Hapy)K). С этой целью 0,25 М NaCl добавляли к клеткам V. alginolyticus, инкубированным в безнатриевой среде. Было обнаружено, что NaCl вызывает быстрое повышение [АТР]. Через 1 — 2 мин после добавки NaCl уровень АТР вновь снижается до уровня, близкого к тому, что наблюдался до добавки. Последующее добавление лактата вызывало устойчивое повышение концентрации АТР (рис. 120, а).
Анализ эффектов NaCl и лактата выявил следующее: 1) действие NaCl, но не лактата снимается моненсином (см. рис. 120, а); 2) эффект лактата, но не NaCl блокируется посредством HQNO
400
7. Натриевый мир
Лак/ла/л
Зреяя, кин
Рис. 120. Синтез АТР за счет искусственно образованной ApNa или окисления лактата
В опыте в инкубационная смесь была дополнена 3-10—1 М HQNO. Конечная концентрация NaCl после добавки была 0,25 М в опытах а, б, в (кривая J) или 0,05 М (опыт в, кривая 2). Другие добавки: 5-10-5 М моненсин, 5-10'5М ХКФ и 75 мМ D,L-лактат; pH 8,6 (из Диброва и др. [466])
(см. рис. 120, в)\ 3) протонофор ХКФ не снимает эффектов NaCl и лактата (см. рис. 120, б)\ 4) моненсин и ХКФ, добавленные совместно, почти полностью ингибируют действие как NaCl, так и лактата (рис. 120, б); 5) снижение концентрации добавленного NaCl с 0,25 М до 0,05 М резко снижает получаемый уровень АТР (см. рис. 120, в), не влияя на фосфорилирование, поддерживаемое окислением лактата; 6) ни К+, ни Li+ не заменяют Na+; 7) синтез АТР на добавку NaCl или лактата тормозится ДЦКД. Напомним, что ДЦКД служит ингибитором Na+—АТРазы P.modestum [472], Н+—АТРазы (синтазы) и Са2+—АТРазы саркоплазматиче-ского ретикулума [1294]. Так же действует диэтилстильбэстрол, который, как известно, подавляет активность Н+—АТРаз (синтез) [1009] и некоторых ионтранспортных АТРаз животных [703] и бактерий, в частности, Na+—АТРазы M.voltae [903] и АТРазы микоплазмы [948].
Наблюдения, перечисленные выше, доказывают, что фосфорилирование, вызванное NaCl и лактатом, катализируется Na+— АТР-синтазой, чувствительной к ДЦКД и диэтилстильбэстролу (рис. 121). В данном контексте уместно отметить два факта, упомянутые выше, а именно что животная Na+/K+—АТРаза, очень специфичная к Na+, тем не менее хорошо связывает и переносит через мембрану ионы Н+ [676], a Na+—АТРаза P.modestum на-
7.2. Утилизация AuNa, образуемой первичными Дуд,II-генераторами 401
Рис. 121. Механизм действия моненсина и ХКФ на Na+-3amicuMoe окислительное фосфорилнрование
Дыхательная цепь откачивает из клетки ионыКа+, генерируя A VP и ApNa (цитоплазма заряжается отрицательно, [Na]BHyTp < 0Яа+]наруЖ). Уа+ возвращается в клетку через Na+-ATP-синтазу, образующую АТР. Моненсин вызывает обмен ^адаруЖ/НвНуТр, превращая ApNa в ЛрН. Это происходит без больших последствий для дыхательного фосфорилирования, поскольку снижение ApNa компенсируется повышением Л1? благодаря электрогенностд экспорта Na+ дыхательной цепью. При этом моненсин блокирует образование АТР, вызванное добавкой NaCl, так как в данном случае вся AnNa представлена ЛрН. ХКФ, добавленный без моненсина, слабо влияет на дыхательный синтез АТР, поскольку снижение AV из-за эгектрофоретического входа Н+ в клетку восполняется ростом ApNa. В случае искусственной ApNa электрический компонент просто отсутствует, в то же время совместное добавление ХКФ и моненсина, снимающих соответственно AW и ApNa, подавляет Na+-3aBHCHMbiii синтез АТР, подобно тому как комбинация валиномицина и нигерицина угнетает Н+-зави -симое фосфорилнрование
поминает по структуре Н+—АТР-синтазу [471] и даже транспортирует Н+, если в среде нет Na+. Эти факты в сочетании с данными ингибиторного анализа могут свидетельствовать об определенной общности механизмов протонных и натриевых АТРаз (АТР-син-таз). Подобную общность можно себе представить, например, если протоны, транспортируемые через фактор F0, не идентичны тем, которые потребляются в каталитическом центре фактора Flt а сопряжение транспорта Н+ и синтеза АТР осуществляется путем конформационного изменения фермента (см. выше рис. 77, б).
Итак, в клетках V.alginolyticus натриевый потенциал, образованный дыханием, может использоваться для синтеза АТР. Этот факт завершает систему экспериментального доказательства концепции Ш+-цикла, предполагающего, что Na+ может использо-
402
7. Натриевый мир
Рис. 122. Натриевый цикл в клетке Vibrio alginolyticus
ДдГча генерируется Ка+-транспортирующей NADH-хинонредуктазой и используется для химической работы [синтеза АТР Na+-ATP-cHHTa3oft (2)], осмотической работы [симпорта Na+ и метаболитов (а)] и механической работы [вращения флагеллы Na+-M0T0P0M (4)] [131]
