Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
3.5. Бактериородопсин
173
качественном уровне. Количественно более эффективными были трехвалентные ионы (константа диссоциации ниже 10'5 М, в то время как для одновалентных ионов эта величина была больше 10“3 М). Было показано, что реактивация бактериородопсина может быть достигнута добавлением всего одного иона металла на молекулу деионизованного бактериородопсина. Высказано предположение, что природными катионами-активаторами служат Mg2+ и Са2+ [364, 515, 849, 867].
Были предприняты попытки выяснить, каковы требования к хромофору (ретиналю). Оказалось, что удаление метильной группы в 13-м положении ретиналя полностью тормозит активность бактериородопсина как протонного насоса. При этом из электро-генных стадий остается только первая (отрицательная) [595]. 9-Цис-, 11 -цис- и 9, 13-ди-^ис-ретинали, а также аналог полностью ягракс-ретиналя с полиеновой цепью, удлиненной на одну изо-преновую группу, не связываются с бактериородопсином. Это же верно для производного ретиналя с лишней метильной группой в 14-м положении [214, 1456].
Следующие изменения в ретинале не предотвращают присоединения хромофора: удаление метильных групп в 5-м и 9-м положениях, замена метила в 13-м положении на этил или фенил, насыщение двойной связи в иононовом кольце, замена этого кольца на фенил или нафтил, введение групп —ОН или =0 в 4-м положении, эпоксигруппы в положениях 5, 6, а также метоксигруппы или метила в положениях 3 и 2 [53, 214, 763, 1419, 1456].
Светозависимое образование интермедиата М и сопутствующие ему изменения pH были показаны Кроучем и соавт. [414, 1650] для бактериородопсина со следующим аналогом ретиналя, лишенным иононового кольца:
Все аналоги ретиналя, дающие активный пигмент, образовывали при добавлении к бактериородопсину окрашенный продукт с максимумом />450 нм, напоминая в этом отношении нативный ретиналь. Однако квантовый выход образования интермедиата М в ряде случаев оказался гораздо ниже 0.6 (эта величина характерна для природного бактериородопсина [1125]). Такой эффект рмел место, например, для 4-кето- или 5,6-эпоксирети-налей [531. Неудивительно поэтому, что 5,6-эпоксиретиналь был не способен стимулировать фотофосфорилирование, будучи добавленным вместо ретиналя к клеткам Н. halobium, выращенным в условиях, когда ретиналь не мог образовываться естественным путем [1124].
Чанг и соавт. [365] получили аналог бактериородопсина ез бактерЕСопСЕна и фЕкенрованного аналога полностью
174
3. Первичные A fill-генераторы
т/)аис-ретиналя:
Он имел максимум поглощения при 576 нм. Фотоцикл и способность переносить протоны отсутствовали. Это наблюдение свидетельствует о том, что транс-цис-изомеризация существенна для фотоцикла и сопряженного с ним транспорта протонов.
3.5.7. Бактериородопсин в темноте.
Проблема утечки протонов
Как уже отмечалось выше, выдерживание бактериородопсина в темноте вызывает медленное (fi/2 = 20 мин) спонтанное превращение полностью транс-ретиналя в 13-^цс-ретиналь примерно в 50% молекул бактериородопсина. Это означает, что в среднем одна или две молекулы бактериородопсина в каждом из тримеров содержат 13-г{цс-ретиналь. Темноадаптированный бактериородопсин с 13-^цс-ретиналем имеет максимум поглощения при 548 нм. При поглощении фотона bR54s превращается в bR56S. Этот переход не сопряжен с переносом Н+ через мембрану. По спектру резонансного комбинационного рассеяния компонент bR54s отличается от всех описанных интермедиатов бактериородопсинового фотоцикла [349, 1435].
Биологический смысл темновой адаптации остается неясным. Он мог бы состоять, например, в снижении проводимости протонпроводящих путей, пронизывающих молекулу бактериородопсина. Эти пути, необходимые для функционирования белка на свету, могут оказаться вредными в темноте, когда бактериово-допсин бездействует, а функцию генерации ДрГ11 берет на ,еебя дыхательная цепь. Если молекулы бактериородопсина, занимающие значительную часть площади мембраны Н. halobium (иногда более 50%), в темноте сохраняют свои Н+-проводящие пути, образованная дыханием Д]1Н может быть снижена за счет утечки протонов по этим путям. Такого эффекта можно было бы избежать, если бы темновая адаптация сопровождалась реорганизацией структуры бактериородопсина, которая препятствовала бы проведению протонов по Н+-путям в нефункционирующем белке. Одна из возможностей состоит в том, что для упомянутой реорганизации бактериородопсина в темноте достаточно превращение в форму bR64g только одной из трех молекул бактериородопсина в тримере.
Альтернативный механизм, препятствующий проведению протонов бездействующим бактериородопсином, мог бы состоять в том, что Н+-пути организуются в процессе фотоцикла. Для этого достаточно, например, небольшого поворота а-спиральных
3.5. Бактериородопсин
175
колонн вокруг своей оси, сопровождающегося временным сближением закрепленных на них протондонорных и протонакцептор-ных групп. Есть ряд экспериментальных указаний, что а-спирали действительно как-то меняют свое положение по ходу фотоцикла [202, 459, 505, 507, 1383].
