Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Рассматриваемая проблема имеет общее значение. В любом AjIH-генераторе внутреннее сопротивление должно быть низким в момент работы и высоким, когда он не функционирует. В противном случае встраивание Д]ГН-генератора в мембрану резко уменьшало бы толщину изолирующего слоя мембраны, пронизанной Непроводящими путями. Это сильно увеличило бы вероятность электрического пробоя мембраны, несущей ДЧ1- порядка 200 мВ. При толщине изолирующего слоя в 5,0 нм напряженность электрического поля в мембране оказывается 100 кВ-см-1. Расчеты показывают, что перемещение Шиффова основания при цис-транс-изомеризации ретиналя может обеспечить перенос протона на расстояние, меньшее, чем 10% толщины мембраны. Остальное расстояние (более 90%) пересекают Непроводящие пути. Если эти пути постоянно проницаемы для Н+, то напряженность поля между концом входного пути и началом выходного должна составлять более 1000 кВ X см-1. Вряд ли биологическая структура способна выдерживать такие напряжения в течение длительного времени без риска пробоя.
3.5.8. Другие ретинальсодержащие белки
Существует несколько хромопротеидов, содержащих ретиналь и выполняющих функции иные, чем генерация ДйН. Тем не менее те из ретинальсодержащих белков, которые уже были испытаны на предмет электрогенной активности, оказались способными генерировать значительную ДЧ1- под действием света. Ниже мы кратко рассмотрим некоторые из этих систем, чтобы сравнить их с бактериородопсином.
3.5.8.1. Галородопсин
Галородопсин представляет собой ретинальсодержащий белок, транспортирующий ионы С1“ из среды в клетку Н. halobium за счет энергии света. Первое указание на то, что Н. halobium располагает, помимо бактериородопсина, еще одним светозависимым ионным насосом, было получено Мацуно-Яга и Мукохатой [998]. Было высказано предположение, что галородопсин переносит ионы Na+ из клетки в среду. Однако позднее Шоберт и Лани [905, 906, 1328] продемонстрировали, что транспортируемым ионом служит не Na+, а С1“, поглощаемый бактериальной клеткой.
Галородопсин — мембранный белок с молекулярной массой 27 кДа, т. е. того же порядка, что и у бактериородопсина. По
176
3. Первичные лиН-генернторы
ct.
Рис. 65. Фотоцикл галородопсина (hR) (по: Стокениус [1454])
аминокислотным последовательностям два белка различаются примерно на 70%, причем наибольшее сходство наблюдается в составе а-спиральных колонн, число которых в гало-родопсине, как и в бактерио-родопсине, равно 7 [531, 1123]. Ретиналь крепится к галоопси-ну протонированным Шиффо-вым основанием. Раман-спектр галородопсина очень напоминает таковой бактериородопсина [971, 1122].
Максимум поглощения основной формы галородопсина располагается около 569 нм в отсутствие СГ. Добавление СГ смещает максимум к 578 нм [1129, 1496]. Освещение дает интермедиат, поглощающий при 640 нм в отсутствие СГ и при 500 нм в его присутствии. Квантовый выход образования интермедиата равен
0,35 [1125]. Фотоцикл (рис. 65) включает изомеризацию полностью ягрякс-ретиналя в 13-^ис-изомер [905]. Присутствие СГ замедляет фотоцикл [1123]. В процессе фотоцикла Шиффово основание все время остается протонированным [1122]. Темноадаптированный галородопсин содержит полностью транс- и 13-^ис-ретинали в соотношении 82 : 18 [1129].
Включение галородопсина в протеолипосомы позволяет получить пузырьки, способные к светозависимому транспорту ионов хлора [276]. Будучи сорбированными на плоской бимолекулярной мембране, протеолипосомы генерируют фототок, обусловленный электрогенный транспортом ионов СГ [217].
В мембране галобактерии галородопсин локализован вне пурпурных бляшек. Его насчитывается около 20 тыс. молекул на клетку (примерно в 100 раз меньше, чем бактериородопсина). Чтобы выделить галородопсин, используют мутанты Н. halobium, не содержащие бактериородопсина. Галородопсин гораздо лабильнее, чем бактериородопсин. Например, он инактивируется in vitro при понижении ионной силы раствора (см. обзоры: [459, 1454]).
Механизм действия галородопсина остается совершенно неясным. Одна из гипотез [1122] предполагает, что СГ связывается с положительно заряженным азотом протонированного Шиффова основания, а изомеризация ретиналя вызывает перемещение зтого азота с сидящим на нем ионом СГ от входного к выходному СГ-проводящему пути. В рамках этой схемы можно объяснить, каким образом близкие по свойствам молекулярные устройства
3.5. Бактериородопсин
177
используются для переноса Н+ и СГ. Сравнивая гало- и бакте-риородопсины, следует иметь в виду, что до сих пор строго не доказано, что бактериородопсин переносит Н+, а не ОН-. Нельзя исключить, что оба родопсина служат анионными помпами, накачивающими в клетку ионы ОН' и СГ.
Биологическая функция галородопсина состоит прежде всего в том, чтобы возвращать в клетку ионы СГ, электрофоретически выбрасываемые из цитоплазмы, заряженной отрицательно относительно внешней среды благодаря работе AJIH-генераторов: бактериородопсина и дыхательной цепи. Определенная утечка СГ неизбежна, если учесть, что Д'Р на мембране галобактерий достигает 200 мВ, а концентрация СГ в цитоплазме очень высока (до 4 М).
