Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
5.1. Химическая работа за счет ЛцИ
243
на низком уровне, необходимом для стимуляции АТР-зависимых биосинтезов, сопровождающихся образованием РРг (см. раздел i.4). В то же время существуют исключения из правила о том, что РРг немедленно расщепляется до Рг растворимой нирофос-фатазой. У некоторых бактерий описан целый ряд синтетических процессов, утилизирующих энергию РРг (см. обзоры: [890, 950, 1246, 1622]). Быть может, Rh. rubrum относится именно к этой категории микроорганизмов. (Возможная роль РРг как энергетического буфера Rh. rubrum будет рассмотрена ниже в разделе
6.3.2.) В любом случае ТР-пирофосфатсинтаза Rh. rubrum должна рметь какую-то биологическую функцию. Ее активность в хрома-тофорах очень велика и соизмерима с таковой Н+—АТР-синтазы.
Неожиданно высокая концентрация PPj была обнаружена в тканях растений [519, 1429]. Как недавно сообщили Рэа и Пул [1244] и Чансон с соавт. [366], Н+—РРаза имеется в тонопласте и мембранах аппарата Гольджи из красной свеклы и колеопти-лей кукурузы. Активность оказалась чувствительной к ДЦКД и устойчивой к ванадату. Косвенное указание на присутствие подобного фермента было получено в опытах с митохондриями [85, 982, 1362], однако на субмитохондриальных системах подтвердить это наблюдение пока не удалось.
5.1.3. Н+-трансгидрогеназа
5.1.3.1. Общая характеристика
Обратимый перенос гидрид-иона (ГГ) между NAD и NADP (уравнение 27) катализируется ферментами, называемыми трансгидро-геназами.
NADH + NADP+^NAD+ + NADPH. (27)
Такого рода ферментативная активность впервые была описана в 1952 г. Коловиком и соавт. [397]. В 1963 г. Даниэльсон и Эрн-стер [425] обнаружили, что энергизация субмитохондриальных пузырьков резко сдвигает равновесие реакции (27) вправо, т. е. в сторону образования NADPH. В результате соотношение [NADPH]-[NAD+]/[NADP+]-[NADH] оказывается порядка 500. В неэнергизованном состоянии это соотношение близко к 1, что вполне понятно, поскольку редокс-потенциалы пар NADH/NAD+ и NADPH/NADP+ различаются всего на 5 мВ.
В 1966 г. Митчел постулировал, что трансгидрогеназа представляет собой дополнительный пункт энергетического сопряже-йия в дыхательной цепи. Предполагалось, что окисление NADPH посредством NAD+ (прямая реакция) генерирует A"jIII того же направления, что и дыхание, а обратный процесс потребляет Д[Щ, образуемую дыханием ГЮ45].
244
5. Потребители Д|иН
В рамках этой концепции сдвиг равновесия трансгидрогеназ-ной реакции при энергизации есть прямое следствие энергетических соотношений трансгидрогеназы и других ДйН-генераторов дыхательной цепи. Свободная энергия процесса превращения субстрата S в продукт Р может быть рассчитана как
AG'=AGo + RTla([Sl/[P]), (28)
где AG0 есть изменение свободной энергии при [S] = [Р]. Во всех ДаН-генераторах, за исключением трансгидрогеназы, ДО0 достаточно велико — порядка 7—10 ккал-моль-1. И только в трансгид-рогеназной реакции AG0 близко к 0. Поэтому данный фермент не может составить конкуренции дыхательной цепи или АТРазе в качестве генератора Д[ГН, если только произведение [NADPH]-
• [NAD+] не окажется на несколько порядков выше, чем [NADP+]-
• [NADH], что, конечно, вряд ли может произойти в реальных условиях.
5,1.3.2. Механизм превращения энергии
Механизм, предложенный Митчелом, предполагает, что перенос Н~ от NADPH к NAD+ должен образовывать AJIH того же направления, что дыхание, а перенос Н“ в противоположную сторону — Д]Щ обратного знака. В обоих случаях добавление продуктов реакции должно снижать величину ДТЩ. Опыты, проведенные Либерманом с сотрудниками и нашей группой подтвердили эти предположения [49, 59, 83, 479, 501, 648, 758, 1394]. Было найдено, что вывернутые субмитохондриальные пузырьки, хроматофоры Rh. rubrum и протеолипосомы с очищенной трансгидрогеназой генерируют AlF («плюс» внутри пузырька) при окислении NAD PH посредством NAD+. Окисление NADH посредством NADP+ также образовывало Д1?, но уже внутри был знак «минус». Как та, так и другая Д1? исчезали при уравнивании концентраций субстратов и продуктов реакции. Генерируемые ДТ’ оказались линейной функцией соотношения
[NADPH].[NAD+]
ln[NADP+]-[NADH]
Было сделано заключение, что трансгидрогеназная система в вывернутых субмитохондриальных пузырьках и хроматофорах катализирует следующий процесс:
NADPH + NAD+ + »Н?аруж ^ NADP+ + NADH + »Н+нутр. (29)
Если дыхательные или фотосинтетические генераторы образуют AjlH, благоприятную для выхода Н?Яугр» то реакция сдвигается влево.
Недавно Балчевски и соавт. [1072] продемонстрировали синтез
5.1. Химическая работа за счет ДиН
245
ррг из Рi за счет энергии окисления NADPH посредством NAD+ в хроматофорах Rh. rubrum.
Число протонов, переносимых при одном обороте трансгид-рогеназы, остается неясным: экспериментально были получены величины от 0,5 до 2 [1079, 1284].
Электрогенная активность трансгидрогеназы, как показали наши опыты, чувствительна к протонофорам и ДЦКД [479]. (По сути дела эти опыты явились первым примером того, что ДЦКД тормозит не только Н+—АТР-синтазу, но и другие AfTH-генера-торы.)
