Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Схема флавинового цикла согласуется с такими наблюдениями, как наличие двух молекул FMN на одну функциональную единицу NADH—CoQ-редуктазы (вероятно, за счет димеризации комплекса I) [480], тесный контакт FeS^ и FMN [757] и некоторые другие. Все шесть типов редокс-центров, описанных в NADH— CoQ-редуктазе, задействованы в цикле.
В хорошем соответствии со схемой находятся редокс-потенциалы компонентов комплекса I. Разность редокс-потенциалов между парами NADH/NAD+ и CoQH2/CoQ составляет около 0,38 В. Эта величина, по-видимому, достаточна для энергообеспечения синтеза двух молекул АТР на каждый окисленный NADH.
3.4. Дыхательная цепь
109
Она примерно вдвое больше, чем изменение редокс-потенциал а на следующем энергопреобразующем этапе цепи, т. е. между парой CoQH2/CoQ и с2+/с3+. Забегая вперед, отметим, что на каждый электрон, перенесенный Со(}Н2-цитохром с-редуктазой, через мембрану транспортируется один заряд, а не два, как это предполагается для NADH—CoQ-редуктазы и цитохромоксидазы (см. ниже разделы 3.4.4.2 и 3.4.5.4).
Редокс-потенциал FeSjla на 0,15В отрицательнее, чем таковой FeSi—lb. На 0,22В отличаются редокс-потенциалы FeSi4 и FeSj2 (последний более положителен). Поэтому перенос электронов от FeSjla к FeSjlb и от FeSj4 к FeSj2 сопровождается выделением энергии, а значит, может осуществляться против сил трансмембранного электрического поля, т. е. происходит поперек мембраны. В то же время, как уже отмечалось выше, оксидоре-дукции между NADH и FMN, FMN и FeS^a, FeSj3 и FeSi4, FeST2 и CoQ протекают без существенных изменений редокс-потенциала. На схеме все эти реакции происходят без трансмембранного перемещения зарядов.
Схема флавинового цикла — не единственный возможный механизм, при котором NADH—CoQ-редуктаза характеризуется отношением Н+/2е~ = 4. Альтернативная линейная схема, включающая две редокс-петли, показана на рис. 42, д. Однако в этом случае набор переносчиков атомов Н (FMN, FeSjla и FeSi2) должен быть дополнен еще одним, пока неизвестным компонентом (X) с редокс-потенциалом где-то между —0,2В и —0,25В. Наличие неизвестных редокс-центров в NADH—CoQ-редуктазе на сегодня трудно исключить из-за недостаточности сведений о составе этого комплекса. Что касается схемы флавинового цикла, она не нуждается в дополнительных редокс-центрах.
Кроме того, можно предположить, что в NADH—CoQ-редуктазе имеется две Н+-помпы: одна между FeSj4 и FeSi2 (см. рис. 42. в) и другая между FeS^a и FeSjlb. В таком случае отпадает необходимость в дополнительном переносчике водорода.
Чтобы сделать аргументированный выбор между рассматриваемыми возможностями, необходимы дальнейшие исследования. Особенно перспективными представляются измерения энергозависимых изменений редокс-потенциалов FeS-центров в NADH-CoQ-редуктазе (см.: [1597]).
Сложность строения, присущая митохондриальной NADH— CoQ-редуктазе, не есть непременное свойство этого сегмента дыхательной цепи. Так, есть мнение, что NADH—CoQ-редуктаз-ный AjIH-генератор Е. coli состоит из одного-единственного полипептида, несущего FAD вместо FMN. Фермент устойчив к роте-нону [775]. При анаэробиозе или в аэробных условиях, но при нехватке сульфата в среде роста механизм окисления NADH утрачивает способность генерировать AjIH. При этом неясно, то ли модифицируется исходная энергопреобразующая NADH—
110
3. Первичные Дfill-генераторы
CoQ-редуктаза, то ли возникает шунт свободного окисления в обход комплекса I [667].
В то же время NADH—CoQ-редуктаза из Paracoccus denit-rificans чувствительна к ротенону [602, 1372]. Она содержит FeS-центры, которые по сигналам ЭПР напоминают таковые в митохондриях [156]. В состав фермента входит несколько полипептидов, имеющих общие антигенные детерминанты с митохондриальным комплексом I [603, 1233]. Есть указания, что отношение Н+/2е“ для фермента из P. denitrificans ближе к четырем, чем к двум [1461].
Заманчиво было бы предположить, что NADH—CoQ-редуктаз-ный сегмент цепи может быть организован тремя различными способами: 1) свободное окисление без какой бы то ни было генерации Д]1Н (анаэробные или выращенные при недостатке сульфата клетки Е. coli), 2) сопряженное окисление с отношением Н+/2е”, равным двум, и линейной последовательностью реакций (аэробные клетки Е. coli без лимита по сульфату) и 3) сопряженное окисление с отношением Н+/2е~, равным четырем, описываемое схемой флавинового цикла (митохондрии и P. denitrificans). В рамках такой концепции более сложное устройство митохондриальной NADH—CoQ-редуктазы необходимо для повышения ее эффективности.
3.4.4. CoQH2—цитохром с-редуктаза
NADH—CoQ-редуктаза служит восстановителем CoQ, который, в свою очередь, передает электроны на сегмент дыхательной цеци, называемый CoQH2—цитохром с-редуктазой (синонимы: комплекс Ьсг и комплекс III).
Очищенный комплекс Ьсг был реконструирован с фосфолипидами. Полученные протеолипосомы генерировали Д[Щ при переносе электронов от некоторых аналогов убигидрохинона на цитохром с [655, 927]. Если в те же протеолипосомы была включена Н+—АТР-синтаза, то наблюдался сопряженный синтез АТР [1225]. Эти факты и целый ряд наблюдений, сделанных при изучении митохондрий и их фрагментов, показывают, что CoQH2— цитохром с-редуктаза функционирует в качестве Д(1Н-генератора.
