Молекулярная биология клетки - Уилсон Дж.
ISBN 5-03-001999-5
Скачать (прямая ссылка):
митохондриях, обработанных олигомицином, стимулируется 2,4-динитрофено-
лом. В таких митохондриях действует статический электрохимический
протонный градиент, который уменьшает электронный поток и ингибирует
образование С02. При добавлении 2,4-динитрофенола электрохимический
протонный градиент разрушается, что позволяет электронам снова свободно
проходить по электронтранспортной цепи. Свободный поток электронов (к 02
с образованием воды) способствует дальнейшему окислению субстратов до
С02. Такое действие 2,4-динитрофенола на митохондрии, подавленные
олигомицином, полностью аналогично эффекту добавления TCS к
метанобразующим бактериям при действии на них DCCD:TCS поддерживает поток
электронов, разрушая статический электрохимический протонный градиент и
тем самым способствуя восстановлению метанола до метана.
Г. Идентичное действие одних и тех же ингибиторов на митохондрии и
метанобразующие бактерии очень убедительно свидетельствует в пользу
предположения, что у метанобразующих бактерий АТР синтезируется путем
фосфорилирования, обеспечиваемого электронным транспортом.
Литература: Blaut, М., Gottschalk, G. Evidence for a chemiosmotic
mechanism of ATP synthesis in methanogenic bacteria. Trends Biochem. Sci.
10:486-489, 1985.
346 Глава 7
7-17
А. Все наблюдения, связанные с ионофорами, согласуются с представлением о
том, что перенос протонов по электрохимическому протонному градиенту
служит источником энергии для движения жгутиков. Рассмотрим эти
наблюдения подробнее.
1. При окислении глюкозы бактерии откачивают протоны из клетки,
в результате чего на мембране устанавливается электрохимический протонный
градиент, являющийся суммой протонного градиента и мембранного
потенциала. При добавлении FCCP мембраны становятся проницаемыми для
протонов, тем самым ликвидируется как протонный градиент, так и
мембранный потенциал. В отсутствие электрохимического протонного
градиента "мотор" жгутика не функционирует.
2. В среде с ионами К+ антибиотик валиномицин специфически
разрушает мембранный потенциал, вызывая вход ионов К+, который
уравновешивает выход протонов. В этих условиях только протонный градиент
(который больше обычного, поскольку ему не противодействует мембранный
потенциал) служит движущей силой потока протонов через жгутиковый
"мотор". Способность бактерий нормально двигаться при наличии лишь
протонного градиента служит убедительным доказательством того, что
жгутиковый "мотор" приводится в действие протонами.
3. В отсутствие глюкозы (или любого другого субстрата окисления)
электрохимический протонный градиент не возникает. Если снаружи есть К+,
то валиномицин облегчает вхождение его внутрь клетки; это ведет к
возникновению мембранного потенциала с положительным полюсом внутри
клетки. Хотя в среде есть доступные протоны (из воды), этот мембранный
потенциал ориентирован не так, чтобы приводить в движение поток протонов
внутрь клетки. В результате бактерии в этих условиях остаются
неподвижными.
4. В отсутствие глюкозы электрохимический протонный градиент не
возникает. Если снаружи нет ионов К+ (т. е. когда в среде присутствуют
ионы Na + ), добавление валиномицина позволяет внутриклеточным ионам К+
выходить из клетки (по направлению их концентрационного градиента),
создавая мембранный потенциал с положительным полюсом снаружи клетки.
Этот мембранный потенциал может заставлять протоны двигаться внутрь
клетки. Каждый протон, вошедший в клетку, снижает величину мембранного
потенциала, и так происходит до тех пор, пока потенциал полностью не
исчезнет. В этот момент клетка перестает активно двигаться.
Б. С первого взгляда кажется странным, что нормальные бактериальные
клетки могут двигаться при полном отсутствии кислорода. В таких условиях
поток электронов в дыхательной цепи отсутствует, и, следовательно, нет
связанной с этим потоком транслокации протонов через мембрану. В таком
случае, каков источник протонов для приведения в действие жгутикового
мотора в анаэробных условиях? Анализ мутантного штамма дает возможность
ответить на этот вопрос. Лишенные АТР-синтетазы бактерии не могут активно
двигаться. Это предполагает, что АТР-синтетаза каким-то образом
генерирует протонный градиент. У нормальных бактерий в отсутствие
кислорода образующийся анаэробно АТР используется для обращения действия
АТР-син-тетазы, т. е. для обеспечения выхода протонов из клетки.
Возникающий электрохимический протонный градиент направляет протоны
обратно через жгутиковый "мотор", обеспечивая дви-
Преобразование энергии: митохондрии и хлоропласты 347
жение бактерии. Мутантные бактерии не могут двигаться, если в среде
нет глюкозы, поскольку у них нет АТР-синтетазы, а следовательно, они не
могут образовывать электрохимический протонный градиент, когда нет
транспорта электронов.
Литература: Manson, М. ?>., Tedesco, P., Berg, Н. С., Harold, F.
М., van der Drift, С. A protonmotive force drives bacteria flagella.
