Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Иную роль играют Н+—АТРазы плазматических мембран некоторых типов клеток в почках и в эпителии мочевого пузыря. Они участвуют в трансклеточном переносе кислотных эквивалентов. Для выполнения этой функции также необходим переход A'F -> АрН. В случае Н+/К+—АТРазы слизистой желудка, также специализированной на функции транспорта кислотных эквивалентов, проблема решается за счет электронейтрального эквивалентного обмена Н+ на К+. По-видимому, эта АТРаза переносит только один ион Н+ на каждую молекулу АТР, что открывает возможность создания очень больших (согласно термодинамическим расчетам, до 7 единиц pH) градиентов концентрации водородных ионов между цитоплазмой и внеклеточной средой.
В хромаффинных гранулах и некоторых других секреторных пузырьках AjIH-генерирующая функция Н+—АТРазы является ведущей, так как аккумуляция секретируемых веществ поддерживается энергией протонного потенциала. Тем не менее закисление внутривезикулярного пространства может быть также необходимо для функционирования гранул [650].
Глава 5
Потребители VII
5.1. Химическая работа за счет А]й:Н
Описано пять ферментных систем, которые можно рассматривать в качестве потребителей AiJH, совершающих химическую работу:
1) Н+—АТР-синтаза,
2) Н+-пирофосфатсинтаза,
3) трансгидрогеназа,
4) обратная NADH—CoQ-редуктаза,
5) обратная CoQH2-d;htoxpom с-редуктаза.
В первых двух случаях энергия утилизируется для синтеза АТР или РРг из ADP и Рг, в трех других — для переноса восстановительных эквивалентов против градиента редокс-потенциала. Среди всех этих систем особенно важной представляется Н+— АТР-синтаза, ответственная за взаимопревращение основных «конвертируемых валют» живой клетки — мембранной (Д]1Н) и водорастворимой (АТР). Вот почему в настоящее время Н+—АТР-синтаза относится к числу наиболее интенсивно изучаемых ферментов. С нее мы и начнем эту главу.
5.1.1. Н+—АТР -синтеза
Н+—АТР-синтаза — фермент, катализирующий фосфорилирова-ние ADP неорганическим фосфатом за счет энергии Д]1Н. Обнаружен в митохондриях, хлоропластах, дышащих и фотосинтезирующих бактериях.
В некоторых анаэробных бактериях, таких, как Streptococcus faecalis, очень похожий фермент осуществляет обратный процесс (АТР —>- ADP + Р, + Д]Ш). Эта функция рассматриваемой сис-стемы, единственная у S. faecalis, играет подчиненную роль у аэробных и фотосинтезирующих клеток или органелл.
5.1.1.1. Субъединичное строение
Н+—АТР-синтазные комплексы из разных источников сходны по своему строению. Каждый из них может быть разделен на два субкомплекса, один из которых отвечает за транспорт протонов (F0), а другой — за синтез или гидролиз АТР (F2).
Для Н+—АТР-синтазы Е. coli известен субъединичный состав, аминокислотная последовательность и структура оперона (см. обзоры: [293, 802, 1176, 1568]). В этом случае фактор Fx состоит из пяти субъединиц (а — е), а фактор F0 — из трех (а — с)
208
5. Потребители AuH
Таблица 11. Субъединичный состав Н+—АТР-синтазы Е. coli (по: Брэгг [293])
Комплекс Субъединица Молекулярная масса, кДа Число аминокислотных остатков Количество субъединиц на один FSF,
Fi а 55,0 513 3
р 50,0 459 3
т 31,5 287 1
6 19,5 177 1
8 15,0 138 1
Fo а 30 271 1
Ъ 17 156 2
с 8 79 6-15
(табл. 11). Стехиометрия субъединиц следующая: За : 3|3 : у : 8 :
: s : а : 2Ъ: (6—15) с. Молекулярные массы F1; F0 и комплекса FqFj оказались для Е. coli равными соответственно 381, 112—184 и 593—665 к Да. Неопределенности в оценке массы фактора F0 и комплекса FqFj обусловлены тем обстоятельством, что мы все еще не можем с точностью ответить на вопрос, сколько субъединиц типа с содержится в одной молекуле Н+—АТР-синтазы. В литературе обсуждаются величины от 6 до 15 [293, 802].
Комплекс FqFj Е. coli кодируется одним опероном, который различные авторы называют по-разному: unc, atp или pap. Его размер порядка 7 т.п.о. В хромосоме Е. coli оперон локализован на 83-й минуте (см. обзор: [802]). Генетические исследования, а также определение последовательности нуклеотидов в ДНК и опыты по транскрипции и трансляции in vitro указывают на присутствие девяти генов в опероне. Их порядок соответствует транскрипции информационных РНК, кодирующих субъединицы I, а, Ъ, с, 6, а, у, р и е (рис. 72), где символом I обозначен гипотетический белок, который еще не выделен. Мутация по гену I не влияет ни на окислительное фосфорилирование [293, 1029, 1560], ни на рост Е. coli при pH 8,3. Однако рост мутанта при pH 8,3 тормозится [1029]. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить возможную роль продукта гена I в адаптации Е. coli к щелочным условиям среды. (Об особенностях энергетического сопряжения у щелочеустойчивых бактерий см. ниже раздел 7.)
Последовательности аминокислот в субъединицах Н+—АТРазы Е. coli приведены на рис. 73.
Другие прокариоты, располагающие дыхательным или фото-синтетическим фосфорилированием, подобны Е. coli по субъеди-ничному составу комплекса F0Fi. Интересно, что такие анаэробные бактерии, как Wolinella (по старой номенклатуре Vibrio)
5.1. Химическая работа за счет AuII
