Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Методами кругового дихроизма и поляризационной инфракрасной спектроскопии были получены свидетельства того, что ?белки реакционных центров содержат высокий процент а-спи-
3.1. Циклическая светозависимая редокс-цепь
53
ральных структур, ориентированных примерно поперек мембраны [1085].
Это заключение недавно было прямо подтверждено данными рентгеноструктурного анализа комплекса реакционных центров из Rps. viridis. Работа была выполнена Михелем и его коллегами 1453—455]. Авторам удалось получить кристаллы диаметром 0,5—
1 мм путем высаливания комплексов сульфатом аммония из раствора, содержащего 1 % амфифильного соединения — гептан-1,2,3-триола и 0,1% детергента — ]Ч-окиси-]Ч,К-диметилдодецила-мина [453, 1023]. Полученные кристаллы были фотохимически активны, не наблюдалось каких-либо смещений максимумов поглощения хромофоров, хотя соотношение этих максимумов было несколько изменено [453, 860].
Рентгеноетруктурное исследование кристаллов позволило впервые увидеть трехмерную структуру мембранного преобразователя энергии е разрешением 0,3 нм. Было найдено, что комплекс длиной 13 нм состоит из двух периферических доменов (один из которых — четырехгемовый цитохром с, а другой — Н-субъединица) и центральной части, образованной главным образом М- и L-субъединицами. Именно эти группы несут бактериохлорофиллы 6-типа, феофитины Ь-типа, хиноны и негемовое железо. Сопоставление рентгеноструктурных данных с результатами, полученными ранее другими методами, позволяет утверждать, что цитохром с локализован на периплазматической стороне мембраны, Н-субъединица — в основном на цитоплазматической ее стороне, а М- и L-субъединицы интегрированы в гидрофобный слой мембраны.
На рентгеноструктурном изображении комплекса реакционных центров удается выявить одинадцать а-спиральных колонн, направленных параллельно длинной оси комплекса и локализованных в средней (предположительно мембранной) его части. Н-субъединица имеет только одну а-спиральную колонну, в то время как М- и L-субъединицы, подобные по аминокислотным последовательностям и пространственным структурам, содержат по пять таких колонн, расположенных симметрично относительно продольной оси комплекса (рис. 26).
Единственная гидрофобная а-спираль Н-субъединицы служит якорем, прикрепляющим этот гидрофильный полипептид к мембране. Что касается другой периферической субъединицы — цитохрома с, то она удерживается на мембране взаимодействием с другими субъединицами, а также двумя жирными ацилами, ковалентно связанными с глицерином, образующим тиоэфирную связь с SH-группой N-концевого цистеина этого цитохрома [1588].
При рассмотрении упаковки полипептидных цепей субъединиц Н, М и L в мембране бросается в глаза полное отсутствие заряженных аминокислот в трансмембранных а-спиральных столбах. Такие аминокислоты сосредоточены на поверхностях мемб-
54
3. Первичные ДцН-генераторы
раны, причем на внешнюю поверхность вынесены отрицательно заряженные остатки, а на внутреннюю — остатки, заряженные положительно. Это наводит на мысль, что упаковка полипептидов в мембране достигается за счет электрофореза определенных белковых доменов под действием Д1?- (напомним, что в условиях энергизации мембраны внутренность бактерии заряжена отрицательно).
Следует отметить, что кристаллизация мембранных белков представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Успех опытов по кристаллизации комплекса реакционных центров из Rps. viridis явился, вероятно, следствием того, что гидрофобная центральная часть этого комплекса (М- и L-субъединицы) экранирована гидрофильными полипептидами — цитохромом с и Н-субъеди-ницей.
Есть основания полагать, что структура, описанная для Rps. viridis, может иметь отношение не только к другим бактериям-фотосинтетикам, но также и к фотосистеме II в хлоропластах. Так, выявлена существенная гомология аминокислотных последовательностей М- и L-субъединиц и PQ-связывающих белков массой 39 и 39,5 кДа, входящих в состав фиотосистемы II [454, 1652]. Есть также ряд общих черт в действии акцепторов электронов [700] и гербицидов [1450] на бактериальные реакционные центры и фотосистему II.
3.1.2.2. Расположение редокс-групп
Наиболее важным результатом рентгеноструктурного анализа реакционных центров Rps. viridis явилось выяснение расположения окислительно-восстановительных простетических групп. На рис. 27, а результаты этого анализа представлены таким образом, чтобы были видны только простетические группы. Согласно рис. 27, а четыре гема цитохрома с располагаются друг за другом над (БХл)2. Расстояние между атомами железа двух соседних гемов колеблется от 1,4 до 1,6 нм. Атом железа гема,
Рис. 25. Последовательность аминокислот в L-, М- и Н-субъединидах фото-синтетических реакционных центров
а — аминокислотные последовательности L- и М-субъединиц. Последовательности, гомологичные в трех видах Rhodopseudomonas, а также гомологии L- и М-субъединиц отмечены жирными линиями. Пунктирные отрезки обозначают трансмембранные гидрофобные сегменты А, В, С, D и Е (по: Дайзенхофер и соавт. [454]); б — нуклеотидная последовательность области гена, кодирующего Н-субъединицу Rps. viridis. Подчеркнуты аминокислотные последовательности, подтвержденные химическим секвенированием пептидов, выделенных после расщепления белка по триптофановым остаткам. Показаны места рестрикции, использованные при секвенировании гена (по; Михель и соавт. [1026]); в — нуклеотидная последовательность гена и аминокислотная последовательность тетрагемо-вого цитохрома с. Сигнальный пептид предшественника цитохрома е обозначен номерами от —20 до — 1
