Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
8.2. На пути к прикладной биоэнергетике
423
Функции протонного и натриевого потенциала, не связанные с энергетикой,— таков еще один интригующий аспект рассматриваемых проблем. Среди них регуляция работы мембранных ферментов посредством AfJH или ApNa, электрофорез белков и других компонентов вдоль мембран и т. д.
Одна из поразительных особенностей процессов превращения энергии в биомембранах — это трансмембранный перенос поистине огромных количеств протонов и ионов натрия. Так, у взрослого человека через внутренние мембраны митохондрий в день переносится количество протонов, равное примерно 1% веса тела. Проходя сквозь мембрану, протон движется в электрическом поле, достигающем 150 кВ-см-1. Часть этой массы ионов Н+, пересекших гидрофобный барьер мембраны по Непроводящим путям AjlH-генераторов, тотчас возвращается назад, двигаясь через мембрану по Н+-путям АТР-синтазы и других потребителей А]1Н. Другая часть перемещается вдоль митохондриальных филаментов, достигающих в некоторых клетках длины 50 мкм. Эффекты, вызываемые этими крупномасштабными потоками заряженных частиц, представляют особый интерес. Здесь мы должны быть готовы к неожиданностям.
8.2. На пути к прикладной биоэнергетике
8.2.1. Медицинские аспекты
8.2.1.1. Дефекты дыхательной цепи
Сегодня мы находимся в самом начале пути к практическому применению знаний, полученных исследователями энергетики биомембран. Это справедливо, в частности, для медицинских аспектов нашей науки.
Уровень образованности врачей в области биоэнергетики хорошо иллюстрируется тем фактом, что они все еще часто рассматривают инъекцию АТР как способ снабжения энергией больного при патологиях энергетического обмена. Такая практика продолжается, хотя простой расчет показывает, что количество АТР, гидролизуемое человеком до ADP и фосфата за сутки, равно в среднем 40 кг, т. е. в миллион раз больше количества АТР, получаемого с инъекцией.
В литературе есть достаточно много сообщений о патологиях, сопровождающихся тем или иным нарушением в системе окислительного фосфорилирования. По-видимому, таких сообщений было бы гораздо больше, если бы врачи располагали простыми методами диагностики подобных нарушений.
Описаны случаи мутаций в любом из трех дыхательных А]1Н-генераторов. Так, в группе Ленинджера [1073] было показано, что митохондрии новорожденного, погибшего в возрасте 4 мес.,
424
8. Мембранная биоэнергетика: некоторые итоги и перспективы
дефицитны по одному из FeS-компонентов NADH—CoQ-редук-тазы. Пападимитриу и соавт. [1166] сообщили о сильном торможении NADH-цитохром с-редуктазы в сердечных митохондриях новорожденной, умершей через 4 нед. после рождения. Оказалось, что дефект обусловлен неполноценностью среднего звена дыхательной цепи, а именно уменьшением количества энзимати-чески восстанавливаемого цитохрома Ъ.
Капальди, Чанс и их коллеги [182, 528] описали нарушение того же звена в митохондриях скелетных мышц семнадцатилетней девушки. Здесь также оказалось, что количество восстанавливаемого дыхательной цепью цитохрома Ъ резко (в 6 раз) снижено по сравнению с нормой. При этом в Со(^Н2-цитохром с-редуктазном комплексе отсутствуют по крайней мере четыре типа субъединиц, в то время как уровни цитохромов сх, с, а и а3 находятся в пределах нормы. Дальнейшие исследования показали, что описанные нарушения были причиной мышечной слабости и лактатного ацидоза, присущих пациентке. Инъекции 10 мг менадиона (витамина К3) и 1 г аскорбата, производимые каждые 6 ч, привели к частичному восстановлению нарушенной скорости регенерации креатинфосфата в мышце больной после физической нагрузки. Если до лечения эта скорость была в 40 раз меньше, чем в норме, то при лечении она возросла примерно до 50% нормы. Резко улучшилось и самочувствие пациентки. В течение года, предшествовавшего лечению, девушка могла пройти без отдыха расстояние не больше полквартала и обычно передвигалась в инвалидной коляске. Через двое суток после начала инъекций она проходила без остановки четыре квартала и уже не пользовалась коляской.
Благоприятный эффект менадиона легко объяснить его способностью шунтировать свободным окислением начальный и в некоторой степени также и средней сегменты дыхательной цепи [440, 543]. Опыты, проведенные в нашей группе Е. Н. Моховой и В. И. Дедуховой, показали, что менадион активирует сопряженное с генерацией AplH дыхание, предварительно блокированное ротеноном и антимицином. Этот эффект был продемонстрирован на митохондриях печени и скелетных мышц и на ин-тактных лимфоцитах. Викасол, водорастворимый аналог витамина К, менее токсичный, чем менадион, обладал качественно тем же действием, что и менадион, хотя и в несколько больших количествах [50].
Как уже отмечалось выше, CoQН2-цитохром с-редуктаза и особенно. NADH—CoQ-редуктаза блокируются широким кругом чужеродных гидрофобных веществ. В таких случаях интересно было бы исследовать возможный благоприятный эффект менадиона и викасола.
К сожалению, ни менадион, ни викасол не в состоянии помочь, если повреждение цепи находится в цитохромоксидазной облас-
