Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
13. Эндоплазматиче-ский ретикулум Печень ? [237, 1263]
Пр имечание. Для № 11—13 данные имеют предварительный характер.
Необходимы структурные исследования, чтобы ответить на вопрос, являются ли животные Н+—АТРазы родственными таковой тонопласта (см. также [975]).
4.5.3. Н+/К+—АТРаза слизистой желудка
Уникальная АТРаза, образующая АрГН, была обнаружена Ган-еером и Форте [593] во внешней мембране клеток слизистой же-, лудка. Фермент осуществляет электронейтральный обмен внутриклеточного Н+ на внешний К+, тем самым закисляя среду, в желудке. Он был назван Н+/К+—АТРазой. 1Т
204
4. Н+—АТРазы — вторичные Д(лН-генераторы
АТР+Н^нутр ADP
Ннаруж ^ наруж
Рис. 71. Гипотетический механизм действия Н+/К+—АТРазы из внешней мебраны клеток слизистой желудка (по: Сакс и соавт. [1286])
Н+/К+—АТРаза была [очищена ?и механизм ее исследован в основном в группе Сакса (см. обзор: [1286]). Недавно Сакс и его коллеги реконструировали фермент в протеолипосомы [1220].
Было установлено, что Н+/К+—АТРаза принадлежит к EjE2~ типу, подобно Н+—АТРазе плазмалеммы растений и грибов’ Na+/K+—АТРазе и Са2+—АТРазе. Так, фермент содержит полипептид массой около 100 кДа, реакция протекает с образованием фосфорилированного интермедиата, активность тормозится вана-датом и гидроксиламином. В то же время структуре Н+/К+— АТРазы присуща специфическая особенность. Этот фермент, по-видимому, построен из трех подобных, но не идентичных субъединиц с молекулярными массами порядка 100 кДа.
На основе целого ряда наблюдений был постулирован следующий механизм работы Н+/К+—АТРазы, по существу аналогичный таковому Na+/R+— и Са2+ — АТРаз. Согласно схеме (рис. 71), комплекс К+ и фермента в Е^конформации связывает АТР и ион Н+ на цитоплазматической поверхности плазмалеммы, окружающей клетку слизистого эпителия желудка. При этом ион К+ освобождается в цитоплазму. В тройном комплексе Ег-
• АТР • Н+ происходит обратимый Mg2+-3 а в иси мы й перенос фосфо-рила с АТР на одну из карбоксильных (аспартатных?) групп фермента. В результате образуется интермедиат Ех ~ Р-Н+. Затем происходит конформационный переход (Е* Е2), сопровождающийся переброской иона Н+ через гидрофобный барьер мембраны. Полученный комплекс Е2—Р-Н+ уже не способен фосфо-рилировать ADP. Замена Н+, связанного с Е2—Р, на внеклеточный К+ приводит к выделению Н+, который оказывается в конечном счете в просвете желудка. Кроме того, связывание иона К+
4.6. Соотношение функций Н+—АТРаз
205
вызывает гидролиз Е2—Р. Следующий за этим переход Е2 ->- Ех завершает цикл [1286].
Недавно аналогичный фермент был описан в эпителии толстой кишки.
4.6. Соотношение функций Н+—>АТРаз
Как уже отмечалось в разделе 4.1. Н+—АТРазы обычно выполняют две основные функции: энергизацию мембраны и создание нужного pH в одном из двух отсеков, разделенных мембраной.
У анаэробных бактерий, живущих гликолизом, АТР гидролизуется Н+—АТРазой, чтобы образовать Д[Щ и затем использовать ее при аккумуляции веществ среды внутрь клетки.
В то же время нельзя сбрасывать со счетов роль Н+—АТРазы, откачивающей ионы Н+ из клетки, в борьбе с закислением цитоплазмы, тенденция к которому всегда имеется в бактериях-ана-эробах, сбраживающих нейтральные сахара до кислых конечных продуктов. Последняя функция присуща также и Н+—АТРазе плазмалеммы растений и грибов, которая активируется при падении цитоплазматического pH ниже 7,0. По-видимому, при кислых pH не генерация Д]1Н для совершения осмотической работы, а откачка протонов как таковая становится ведущей функцией этой Н+—АТРазы.
В некоторых животных тканях та же проблема решается но крайней мере частично, особыми веществами, специализированными на роли рН-буферов. Таковы карнозин и ансерин, имеющие рК около 7,0. Эти дипептиды присутствуют в больших количествах в скелетных мышцах, переходящих на гликолиз при тяжелой е длительной работе (подробнее см. ниже раздел 6.3.3). В некоторых других животных тканях роль стабилизатора внутриклеточного pH может, по-видимому, брать на себя плазмалеммальная Н+—АТРаза, подобно тому как это происходит у растений и грибов. Ракер и соавт. [1632] предположили даже, что Н+—АТРаза — универсальный компонент внешней мембраны животных клеток. Авторы указывают на ее присутствие в плазмалемме клеток мозга и асцитного рака. В этих случаях внешняя клеточная мембрана энергизуется Na+/K+—АТРазой, а осмотическая работа совершается за счет ApiNa (см. ниже раздел 7.2.1.1). В то же время Н+—АТРаза могла бы использоваться как механизм, предотвращающий падение цитоплазматического pH, которое особенно вероятно в активно гликолизующих опухолевых клетках.
Функцией другой группы животных Н+—АТРаз является за-кисление среды внутри пузырька. Именно так обстоит дело в ли-зосомах, эндосомах и, может быть, в аппарате Гольджи и эндо-плазматическом ретикулуме. В этих случаях АТ, генерируемая Н+—АТРазой, превращается в ДрН посредством электрофоретической аккумуляции какого-либо аниона, например С1~. В ли-
206
4. Н+—АТРазы — вторичные ЛиН-генераторы
зосомах закисление внутренней среды создает оптимальный pH для работы литических ферментов. По сути дела, лизосомальные ферменты неактивны при нейтральный pH, типичных для цитозоля. В результате компоненты цитозоля не могут быть переварены каким-либо лизосомальным ферментом, даже если он выйдет из лизосомы. По-видимому, кислый pH необходим также для работы эндосом и некоторых других цитоплазматических включений, располагающих Н+—АТРазами.
