Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
3.5. Бактериородопсин
161
Углеводородные цепи фосфолипидов гало бактерий являются остатками жирных спиртов, а не жирных кислот. Следовательно, фосфолипиды этих микроорганизмов представляют собой простые эфиры, а не сложные. Роль жирного спирта играет дигидрофитол (С20Н41ОН) [820].
Липиды пурпурных бляшек, экстрагируемые смесью хлороформа и метанола, содержат фосфатидилглицерофосфат (около 52%), фосфатидилглицерин (4%), фосфатидилглицеросульфат (5%), гликолипидсульфаты (10%), триглюкозилдиэфир (19%), сквален и несколько других нейтральных липидов (9%).
Следует отметить, что сульфолипиды и триглюкозилдиэфир специфичны для пурпурных бляшек и отсутствуют в других участках мембраны (так называемых красных мембранах), не содержащих бактериородопсина. В то же время красные мембраны (но не пурпурные бляшки) несут большое количество каротинои-дов, в основном бактериоруберина, сообщающего этим мембранам их цвет. Считается, что каротиноиды предохраняют галобак-терии от вредоносного действия яркого света (см. обзоры: [706, 1456]). Липиды галобактерий приведены на рис. 61.
3.5.4. Организация бактериородопсиновой бляшки
Необычная для биомембран регулярность в упаковке белков и липидов пурпурных бляшек отмечена Блауроком и Стокениусом еще в 1971 г. [266]. Как показали измерения дифракции рентгеновских лучей, бляшка представляет собой правильно организованный двумерный кристалл с решеткой 6,3 нм. Кристалл построен из тримеров бактериородопсина (см. выше рис. 59,а).
Расчет профиля электронной плотности показал бислойную организацию с расстоянием около 4,0 нм между головками фосфолипидов. Приняв во внимание этот факт и модели структуры бактериородопсина, показанные на рис. 59, можно было бы предположить, что внешний и внутренний полумембранные слои построены по одному типу. Оказалось, однако, что это не так. Внешний листок мембраны совершенно гладкий, в то время как внутренний — шероховатый. Такую асимметрию можно было бы объяснить, исходя из предположения, что молекулы бактериородопсина сдвинуты в сторону цитоплазматической поверхности мембраны. Крайняя точка зрения предполагает, что весь бактериородопсин располагается во внутреннем листке, а внешний занимают фосфолипиды [27].
Измерения скорости вращения бактериородопсина в плоскости мембраны дали величину порядка 70 мс. Она соответствует теоретической, если принять, что молекулы бактериородопсина неподвижны, а вращается как единое целое вся бляшка диаметром около 0,5 мкм (см. обзор: [706]).
6 в. П. Скулачев
162
3. Первичные AjnH-генераторы
Рис. 61. Липиды мембран га-лобактерий
Формулы дигидрофитола (1), ли-копина (3) и а-бактериоруберина (4) изображены таким образом, чтобы подчеркнуть их сходство с ре« тиналем (2). Среди минорных фосфолипидов, не показанных на рисунке, следует упомянуть аналоги фосфатидилглицерофосфата (<?), в которых конечная фосфатная группа заменена на Н, SO3 или триса-харид (глюкоза-галактоза-манноза)
0
II
—СН—С11011— СП— О—Р—о '
1
о-
3.5.5. Фотоцикл бактериородопсина
Поглощение фотона бактериородопсином вызывает ряд превращений, замкнутых в цикл. Каждое из них может быть прослежено по характерному спектральному сдвигу. Уже в 1971 г. Остер-хельт и Стокениус [1126] описали ключевой интермедиат бакте-риородопсинового фотоцикла, поглощающий свет при гораздо более короткой длине волны (412 нм), чем исходная форма бактериородопсина (568 нм). Поскольку этот спектральный сдвиг подобен таковому в зрительном родопсине, а именно переходу родопсин —метародопсин II (МП), коротковолновый интермедиат бактериородопсина был назван М412. В последующих работах были выявлены два интермедиата между бактериородопсином и М412 в фотоцикле [1457]. Они были обозначены буквами алфавита, предшествующими М. Образование М412 стали описывать следую-
?0—СН, 5
О—СН о
I II
СИ—О—Р—<
I
0“
3.5. Бактериородопсин
163
щей схемой bR —К —*? L М, где bR — основное состояние бактериор одонсина.
Было высказано предположение, что превращение М442 в bR также включает два промежуточных продукта (М —N -»-
О —*? bR). Однако дальнейшие исследования показали, что по крайней мере интермедиат N может быть исключен из основного пути. Что касается О, то остается неясным, всегда ли обязателен этот компонент для фотоцикла. Тем не менее О, как правило, фигурирует на схемах фотопревращений бактериородопсина (см. обзоры: [16, 459]).
Дальнейшее усложнение схемы фотоцикла стало необходимым после описания очень короткоживущих предшественников интермедиата К. Используя вспышки лазера длительностью 0,6 пс, А. В. Шарков и соавт. [1366] обнаружили, что bR сперва превращается в продукт с А,макс дифференциального спектра 460 нм, который, по всей видимости, представляет собой возбужденное состояние остатка ретиналя. Этот компонент, названный I, дает интермедиат J, превращающийся в К. Времена жизни I и J оказались соответственно порядка 0,7 и 3 пс (см. также [169, 477]).
В последнее время появились указания на то, что М есть сборное понятие, объединяющее два интермедиата [1455]. Может быть, два М участвуют в двух параллельных путях превращения продукта L.
