Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
В принципе можно представить себе ситуацию, когда эффективность NADH-оксидазной системы (Н+/0) снижается от десяти (полный набор АрГН-генераторов,; включающий высокоэффектив-
138
3. Первичные Д[хН-генераторы
ную цитохромоксидазу) до двух (NADH Фп5 Ъ5 с аа3 —*? 02), где имеется только один пункт энергетического сопряжения — цитохромоксидаза, работающая с соотношением заряд/е~, равным 1 (о Фп5 и Ъь см. раздел 6.2.4.7).
Соотношение заряд/е-, превышающее 1, было получено на про-теолипосомах с цитохромоксидазой из термофильной бактерии PS3 [1438, 1440] или из Paracoccus denitrificans [1436].
По меньшей мере в последнем случае изолированная цитохромоксидаза не содержит ни субъединицы III, ни места связывания ДЦКД [1597]. Расщепление трипсином наиболее легкой (третьей) субъединицы цитохромоксидазы PS3 не влияет на транспорт протонов [1637]. Система из PS3 (но не из P. denitrificans) чувствительна к ДЦКД [964].
Отношение заряд/е~ 1 было описано для цитохромоксидазы из Thiobacillus novellus, в то время как для ферментов из Rps. sphaeroides и Nitrobacter agilis это отношение было ^1 [601, 964].
Следует отметить, что энергопреобразующая дыхательная цепь целого ряда бактерий заканчивается оксидазами, отличными от фермента аа3-типа. Срёди них — цитохром а1; оксидазы, содержащие протогем, такие, как самоокисляющиеся цитохромы типа Ъ (цитохром о и др.), а также оксидазы с хлориновым гемом, например, цитохром d (старое неверное название — цитохром а2) и с модифицированным хлориновым гемом и гемом с (цитохром ей!х) (см. обзоры: [1198, 1624]). Для некоторых из этих оксидаз были получены прямые доказательства генерации или АрН. Такого рода опыты были поставлены на уровне протеолипосом с цитохромом о [675, 999—1001, 1077] и комплексом цитохрома d [868, 1038] из Е. coli, а также с оксидазой &-типа из Rhodopseu-domonas capsulata [746].
Цитохром о из Е. coli состоит из четырех полипептидов (66, 35, 22 и 17 кДа), двух гемов типа Ъ (&558 и &563) и двух ионов меди [674]. Он окисляет CoQH2, восстановленный ФМС, но не цитохром с. Этот фермент ответствен за поглощение кислорода клетками Е. coli, выращенными в нормоксических условиях. При снижении уровня 02 в среде на смену цитохрому о приходит другой фермент, окисляющий CoQH2, а именно комплекс d, включающий два полипептида, гемы &558, Jj и d [1037]. Оксидазные комплексы типа о и d переносят через мембрану только один заряд на каждый проходящий через них электрон.
Для оксидазы из Rps. capsulata было получено отношение заряд/е- ]> 1. Эта оксидаза представляет собой димер, составленный из двух субъединиц по 65 кДа каждая, причем на димер приходится один гем [745].
Трансформация энергии была обнаружена в конечном участке дыхательной цепи Thiobacillus ferrooxidans. Однако неясно, связана ли генерация Д[хН с терминальной оксидазой (цитохромом ах) или с предшествующей стадией переноса электронов.
3.4. Дыхательная цепь
139
3.4.6. Три цикла в дыхательной цепи
Выше мы рассмотрели возможные механизмы трех AjlH-renepa-торов в дыхательной цепи: NADH—CoQ-редуктазы, Со(Щ2-ци-тохром с-редуктазы и цитохром с-оксидазы. Среди них наиболее изучен Со(Щ2-цитохром с-редуктазный генератор. Схема Q-цикла, описывающая этот сегмент дыхательной цепи, в настоящий момент выглядит экспериментально доказанной по крайней мере на качественном уровне. Быть может, другие два AjIH-генерато-ра организованы каким-то иным способом, принципиально отличным от Q-цикла. В то же время возможно, что все три дыхательных AjIH-генератора имеют общие черты.
При обсуждении NADH—CoQ-редуктазного механизма мы рассмотрели наряду с другими вариантами схему флавинового (F) цикла, утверждающую, что генерация AjIH на этом участке дыхательной цепи обусловлена циклическим переносом восстановительных эквивалентов по типу Q-цикла.
Недавно Митчел и соавт. [1057] предложили схему, подобную Q-циклу, но для цитохромоксидазы (О-цикл).
На рис. 51 мы скомпоновали F-, Q- и О-циклы, чтобы единообразно объяснить превращение энергии во всех трех сегментах дыхательной цепи. Поскольку F- и Q-циклы уже были разобраны выше, сейчас мы остановимся на О-цикле.
Один из вариантов О-цикла, изображенный на рис. 51, предполагает, что редокс-центр СиА—а в комплексе IV получает электроны из двух источников: от цитохрома с2+ и от Н202. При этом цитохром с2+ окисляется до с3+, а Н202 — до 02 и 2Н+. Ионы водорода освобождаются в межмембранное пространство, а электроны переносятся в глубь мембраны к локализованному там редокс-центру Сив—а3. Этот центр восстанавливает 02 таким образом, что образуется по одной молекуле Н202 и Н20 на три атома кислорода (1,5 02) и четыре иона Н+, поступающие из матрикса. Чтобы замкнуть цикл, необходимо постулировать обмен перекисью водорода и кислородом между центрами СиА—я и Сив—а3.
Одно из предсказаний схемы О-цикла, а именно существование двух мест взаимодействия цитохромоксидазы с Н202, было недавно подтверждено в нашей лаборатории А. А. Константиновым и Т. В. Выгодиной [43].
Три AjIH-генератора, показанные на рис. 51, имеют следующие общие черты: 1) перенос заряда на расстояние полумембраны происходит за счет антипорта электрона и атома водорода; 2) перенос заряда через остальную часть мембраны осуществляется путем унипорта протона.
