Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Распределение на дендрограмме родов, использующих AjINa (1), указывает, что ^+-цикл был открыт бактериями достаточно давно. Розен [1269] даже предположил, что натриевая энергетика появилась до протонной, которая пришла на смену ^+-циклу, когда бактерии поднялись из моря в реки, т. е. перешли из соленой воды в пресную с ее низкой [Na+]. Эту гипотезу трудно исключить, как и многие другие построения эволюционистов. Однако соображения, изложенные в начале настоящего раздела, делают, как нам кажется, более вероятной альтернативную точку зрения, т. е., что первичным сопрягающим ионом был Н+.
Приняв, что сначала была протонная энергетика, можно представить себе возможный путь становления натриевого цикла. Первым этапом могло быть использование градиентов Na+ и К+ как AjIH-буферов (см. раздел 6.3.1).
Следующей стадией эволюции стало, по-видимому, прямое использование AjINa, образованной совместным действием AjIH-ге-нератора и Na+/H+-aHTnnopTepa, для совершения осмотической работы Na+, метаболит-симпортерами. Создание ^+-цикла завершилось с появлением первичных AjINa-генераторов, не требующих AjIH для образования натриевого потенциала. Большинство этих событий произошло, по-видимому, на достаточно ранних этапах эволюции жизни, так что теперь отдельные компоненты ^+-цнкла обнаруживаются в самых различных таксонах: Vibrio, Propionigenum, Salmonella, Klebsiella, Clostridium, Streptococcus, Bacillus, метанообразующие бактерии, цианобактерии (а также, по всей вероятности, Pseudomonas, Mycoplasma) и, наконец, животные клетки. Возможно, даже «классическая» Е. coli имеет представителей натриевого мира среди своих далеких предков, иначе трудно понять, почему эта бактерия накапливает некоторые метаболиты за счет AjINa.
Недавно Джонс и Бичи [787] исследовали мутанта Е. coli, устойчивого к разобщителям и способного расти на минимальной
408
7. Натриевый мир
Cl. innocuum
7.5. NaVH^-антипорт и роль Н+
409
среде с сукцинатом натрия. Было найдено, что при дыхании на эндогенных субстратах клетки мутанта не в состоянии поддерживать измеримый уровень AjIH в присутствии разобщителя. Тем не менее они накапливали пролин, который, как известно, поглощается Е. coli посредством Na+, пролин-симпортера. Мы полагаем, что исследованный мутант Е. coli располагает дыхательным AjIH-генератором.
7.5. Na7H+-aHTimopT и роль Н+ как внутриклеточного посредника в животной клетке
В проблеме натриевого цикла есть важный аспект, скорее связанный с регуляцией клеточной активности чем с энергетикой как таковой. Тем не менее феномен, о котором пойдет речь ниже, является прямым следствием замены Н+ на Na+ как сопрягающий ион во внешней мембране животной клетки. Дело в том, что ион Н+, лишенный своей энергетической функции, оказался вовлеченным в регуляторную систему животной клетки.
В последние годы были получены свидетельства роли ионов Н+ наряду с Саг+ и циклическими нуклеотидами в качестве вторичного (внутриклеточного) посредника внешних регуляторных сигналов, получаемых клеткой.
Общая схема обработки сигналов в клетке показана на рис. 126. Согласно схеме, сигналы, т. е. гормоны, нейротрансмиттеры, ростовые факторы и т. п., активируют соответствующие рецепторы во внешней мембране клетки (применительно, например, к катехоламинам — это а- и Р-рецепторы). Рассмотрим случай, когда активация а-рецепторов стимулирует функцию клетки, а Р-рецепторов — тормозит ее.
Недавно был выяснен механизм одного из путей обработки сигнала, поступившего на а-рецептор (см. обзоры: [250, 251, 1112]). Ключевую роль в этом процессе играет активация особой фосфодиэстеразы рецептором, связавшим гормон. Фосфодиэстера-за гидролизует фосфатидилинозитдифосфат (PtdInsP2) на инозит-1, 4,5-трифосфат и диацилглицерид. PtdInsP2 образуется из фосфатидилинозита (рис. 127), содержащего арахидоновую кислоту во втором положении глицеринового остатка. PtdInsP2 локализован в одном из двух липидных монослоев, образующих мембрану, а именно в том, что обращен в цитоплазму. В ряде случаев показано, что фосфатидилинозит ковалентно связан с белком-
Рис. 125. Дендрограмма, иллюстрирующая родстьенные отношения в царстве бактерий, построенная на основании нуклеотидных последовательностей 5S-PHK
Значком 1 отмечены бактерии, использующие ДцКа-генераторы вместо ДцН-генераторов или совместно с Да! [-генераторами (по:Чумаков [379. 207])
ч10
7. Натриевый мир
и, с; и н ы н
7.5. Na+/H+-aHTimopT и роль Н+
411
рецептором [957]. Гидроиз PtdInsP2 приводит к освобождению в цитозоль инозиттрифосфата (InsP3), в то время как другой продукт гидролиза — диацилглицерид (DAG) остается в мембране. InsРg диффундирует по цитозолю к внутриклеточным пузырькам, накапливающим Са2+ (в мышцах — саркоплазматический ретикулум), и открывает кальциевые каналы в их мембране. Ионы Саг" освобождаются в цитозоль и запускает цепь дальнейших событий, приводящую к клеточному ответу, причем эффект ионов Са2+ обычно опосредован кальмодулином. В частности, вышедший Саг+ может быть поглощен митохондриями [256], где он активирует такие ключевые дыхательные ферменты, как пируват-изоцитрат-(КАВ+)дегидрогеназа и а-кетоглютаратдегидрогеназа [1007].
