Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
3.4. Дыхательная цепь
103
диницей FP, обозначают FeSila и FeSilb. Их редокс-потенциалы соответственно —0,37 В и —0,22 В [1234].
В мембране FP недоступен для гидрофильных модификаторов белка. Следовательно, он должен быть прикрыт другими белковыми субъединицами или фосфолипидами. Это означает, что доступ NADH как гидрофильной молекулы к месту связывания должен быть специально организован (сходную проблему мы рассмотрим в разделе 5.1.1.8, когда будет обсуждаться взаимодействие Н+— АТР-синтазы с ее гидрофильными субстратами).
Первичная структура средней субъединицы не имеет достаточно протяженных гидрофобных последовательностей, чтобы пересекать мембрану [203].
Фрагмент IP содержит 6 полипептидов (75, 49, 30, 18, 15 и 13 кДа) и около 12 атомов Fe. Некоторые из FeS-белков комплекса имеют тенденцию терять железо при очистке. Есть указания, что все FeS-кластеры IP содержат по четыре атома железа, т. е. всего число этих кластеров равно трем. Считается, что два из них ассоциированы с полипептидами 75 кДа и 49 кДа, а третий — с эквимолярным комплексом субъединиц 30 кДа и 13 кДа. Редокс-потенциалы всех FeS-кластеров в IP похожи (около —0,24В). Они различаются лишь по сигналам ЭПР [1234]. Один из кластеров (FeSi3) локализован вблизи FMN, в то время как другой (FeSj4) удален от FMN [757]. Что касается третьего кластера, находящегося в IP (FeSi5), то остается неясным, действительно ли он является составной частью комплекса. Его количество обычно варьирует от 0,06 до 0,25 на один FMN в условиях, когда количество других кластеров превышает 0,4 (как правило, 0,8—1,0) [1597].
Субъединицу 75 к Да фрагмента IP удается пометить светоактивируемым производным NAD+. Стало быть, она расположена вблизи тяжелой субъединицы фрагмента FP. Отдельные участки субъединиц 75 кДа и 49 кДа обращены в водную фазу. Оба полипептида пересекают мембрану.
Как FP, так и IP можно перевести в раствор хаотропными агентами. На долю FP и IP приходится 30% от общего белка комплекса
I. Остаток не удается солюбилизировать. Он содержит Fe-кластер с редокс-потенциалом около —0,02В (FeSi2), который предположительно играет роль восстановителя CoQ. Полагают, что между FeSi2 и CoQ локализовано место торможения комплекса ротено-ном, пирицидином, барбитуратами и некоторыми аналогами CoQ.
По данным Сузуки и Кинга, в NADH—CoQ-редуктазном комплексе есть два различных центра связывания CoQ [1476]. Более подробные сведения о структуре комплекса I можно найти в обзорах [1154, 1232, 1234, 1597]. Согласно последним работам, выполненным на митохондриях человека [1373] и нейроспоры [759], в NADH—CoQ-редуктазе содержится не менее шести типов полипептидов, которые кодируются митохондриальным геномом и,
104
1
3. Первичные А[И-генераторы
следовательно, синтезируются в митохондриях. Не менее одиннадцати других полипептидов кодируются в ядре и синтезируются в цитоплазме.
3.4.5.2. Доказательство А\Ш-генерирующей способности NADII—CoQ-редуктазы
Предположение, что NADH—CoQ-редуктаза способна генерировать AjIH, было высказано Митчелом [1046], исходя из наличия синтеза АТР в этом месте дыхательной цепи. В частности, Шацем и Ракером было показано фосфорилирование, сопряженное с окислением NADH посредством CoQj в субмитохондриальных пузырьках [1313]. В нашей группе было установлено, что окисление NADH фумаратом генерирует АТ на мембране субмитохондриальных пузырьков [648].
В NADH—CoQ-редуктазных протеолипосомах был показан транспорт протонов, сопряженный с окислением NADH [1235]. Если протеолипосомы содержали еще и Н+—АТР-синтазу, то окисление NADH сопровождалось синтезом АТР [350, 1234, 1236].
Было описано также образование АрНна участке между NADH и CoQ и предпринята попытка измерить стехиометрию Н+/е”. В ранних работах [913, 1060] этот коэффициент оказался около 1. Однако более поздние исследователи приводят величину 2 [350, 582, 924, 1064, 1206, 1277, 1331, 1594].
В зтой связи следует отметить, что прямое измерение величины Н+/е“ в митохондриях или бактериях — все еще чрезвычайно сложная задача. Дело в том, что и митохондрии, и бактерии располагают многими механизмами образования и использования AjIH, а также возможностью шунтировать сопряженную дыхательную цепь реакциями свободного окисления. Субмитохондри-альные и суббактериальные пузырьки располагают меньшим набором альтернативных возможностей, но их внутренний объем гораздо меньше, чем в интактных клетках или органеллах, и потому изменения pH среды, сопутствующие генерации АрН, сравнительно малы. Хорошей моделью могли бы быть протеолипосомы, но получение крупных протеолипосом с высоким протонным контролем по сей день является неразрешимой задачей.
3.4.3.3. Возможные механизмы генерации Ар.Н
Приняв во внимание редокс-потенциалы переносчиков электронов и водорода, входящих в состав NADH—CoQ-редуктазы, мы могли бы расположить эти переносчики в виде следующей линейной последовательности:
NADH <-» FMN ?< > FeSjla < у> (FeSjlb, FeS,3, FeSj4) < -у»- FeSj2 < > CoQ (14)
AG ДО
3.4. Дыхательная цепь
105
Первые два этапа этой последовательности реакций, а также последний из них происходят без существенного изменения свободной энергии, так как редокс-потенциалы восстановителей и окислителей близки. Что касается двух других этапов, редокс-по-тенциал восстановителя оказывается на 0,15—0,22В более отрицательным, чем таковой окислителя. Поэтому именно эти два этапа могут участвовать в трансформации знергии.
