Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
„ ._______Аккумуляция
Глюкоза ^ АТР ~~~^ AixH ? ^ мртяботтитои (24)
ферменты Н+-АТРаза г Н+, метаболит-метаоолигив'
гликолиза симпортеры
Формально любой фермент, способный генерировать Д]ГН за счет энергии АТР, может рассматриваться как Н+—АТРаза. Н+—АТР-синтаза, обычно используемая для образования АТР за счет энергии Д]хН, обладает Н+—АТРазной активностью, т. е. может гидролизовывать АТР и создавать Д[1Н. По этой причине данный фермент часто называют Н+—АТРазой. Однако, по нашему мнению, более уместно употреблять название Н+—АТРаза только в тех случаях, когда основной биологической функцией фермента служит гидролиз, а не синтез АТР.
Введя такое ограничение, мы можем отнести к Н+—АТРазам несколько ферментов, отличающихся по структуре и механизму действия, но имеющих общую функцию.
Описаны Н+—АТРазы, состоящие из нескольких белковых субъединице массами не более 65 кДа. Комплекс может быть легко разделен на два субкомплекса: протонпроводящий фактор F0 и каталитический фактор Fj. Гидролиз АТР ферментами этого типа происходит без образования фосфорилированных интермедиатов. К этому типу АТРаз, определяемых, как FqFj—АТРаза, относится
7 В. П. Скулачев
194
4. Н+—АТРазы — вторичные ДцН-генераторы
Н+—АТРаза некоторых строго анаэробных бактерий. Следует отметить, что все перечисленные свойства присущи также Н+— АТР-синтазе митохондрий, хлоропластов, хроматофоров и цитоплазматических мембран дышащих или фотосинтезирующих бактерий (см. ниже раздел 5.1.1).
Другие Н+—АТРазы представляют собой очень длинный полипептид (порядка 100 кДа), которому может сопутствовать меньшая субъединица, несущая скорее регуляторные, чем каталитические функции. Реакция начинается с фосфорилирования одного из остатков аспартата большой субъединицы, что вызывает ее кон-формационный переход, обозначаемый Ех —>? Е2- Этот переход, по-видимому, сопровождается снижением свободной энергии гидролиза фосфориласпартата. Последующее дефосфорилирование фермента регенерирует исходную форму Ех. Описанный механизм
Таблица 8. Вторичные Д|5Н-генераторы
Фермент Локализация Механизм Функции, поддерживаемые образованной ДдН
Н+—АТРаза Цитоплазматическая мембрана облигатных анаэробных бактерий F0Fi Накопление веществ и регуляция pH в клетке
Н+—АТРаза Внешняя Ait'..брала растений и грибов EjE2 Накопление веществ и регуляция pH в клетке
Н+—АТРаза Тонопласт растений и грибов Отличный от FoFi и EiE2 Накопление веществ в вакуоли, регуляция pH
Н+—АТРаза Внешняя мембрана клеток некоторых животных ? Секреция Н+. Накопление веществ в клетке?
Н+—АТРаза Мембраны секреторных пузырьков, эндосом, лизосом, аппарата Гольджи. Мембрана эндоплазматического ретику лума ? Накопление веществ и регуляция pH в пузырьках
Н +—АТР-сцн-т аза (обращенная) Цитоплазматическая мембрана дышащих или фотосинтезирующих бактерий F0F1 Накопление веществ и регуляция pH в клетке, вращение флагелл в отсутствие 02 и света
Н+—АТР-син-т аза (обращен-н ая) Внутренняя мембрана митохондрий F0Fi Транспорт веществ в митохондрии в отсутствие 02
Н+/К+—АТР-аз а Внешняя мембрана клеток эпителия желудка ЕхЕ2 Секреция Н+
4.2. Н+—АТРазы облигатно анаэробных бактерий
195
подобен таковому Na+/K+—АТРазы и Са2+—АТРазы (см. ниже разделы 7.1.3.2 и 7.7). —АТРазы описаны во внешних клеточных мембранах растений и грибов. Такая же структура была обнаружена у Н+/К+—АТРазы эпителия желудка.
Недавно выяснилось, что существует еще один тип Н+—АТРаз, отличный как от F^, так и от Е^. Его примером может быть Н+—АТРаза тонопласта — мембраны, ограничивающей вакуоли клеток растений и грибов. Быть может, к тому же типу Н+—АТРаз следует отнести ферменты, обнаруженные в мембранах секреторных пузырьков, зндосом и лизосом, а также аппарата Гольджи, эндоплазматического ретикулума и во внешней клеточной мембране некоторых животных тканей. Однако в последнем случае более типично присутствие Na+/K+—АТРазы.
Кроме роли IP—АТРаз в совершении осмотической работы, следует отметить еще одну их функцию, а именно регуляцию внутриклеточного pH.
В мембранах, содержащих Н+—АТР-синтазу, генерация А[III за счет гидролиза АТР может быть следствием обращения реакции, катализируемой этим ферментом. Такой эффект имеет место, например, у некоторых бактерий, использующих как энергию дыхания или света, так и энергию гликолиза. Если такие бактерии подвижны, то AjIH, образованная за счет гликолитиче-ского АТР, может использоваться наряду с транспортом метаболитов и рН-регуляцией для совершения механической работы, т. е. вращения жгутика.
Список вторичных ДуЩ-генераторов приведен в табл. 8.
В этой главе мы рассмотрим Н+—АТРазы. Что касается АТРаз-ной активности Н+-АТР-синтаз, то она будет разобрана в следующей главе (разд. 5.1.1).
4.2. Н+—АТРазы облигатно анаэробных бактерий
Н+—АТРаза бактерий — облигатных анаэробов представляет собой какой-то вариант ферментов F0FrTnna, действующих в качестве АТР-синтазы в митохондриях, хлоропластах, дышащих и фотосинтезирующих бактериях.
Наиболее изученным объектом такого рода является Lactobacillus casei, исследованная в нашей группе Г. В. Тихоновой, Е. И. Милейковской и др. В опытах на цел х клетках было найдено, что гликолизирующая L. casei генерирует мембранный потенциал, который сбрасывается протонофорами или ДЦКД, гидрофобным реагентом на протонированные карбоксильные группы. Мембранный потенциал, искусственно созданный за счет выхода из бактерий ионов К+ в присутствии валиномицина, в течение некоторого времени поддерживает синтез АТР. Этот синтез также чувствителен к протонофорам и ДЦКД [258].
