Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 23
Текст из файла (страница 23)
7-6). Главное цо его открытие состояло в том, что полосы поглощения исчезавл при введении в систему кислорода (рис. 7-7, А), а затем сноп ищ кР1 появляются, когда условия меняются на анаэробные (рис. 7-7, Ь) иы, Позже Кейлнн признавался: «Видимое проявление внутриклеточ Бо. ного дыхательного процесса было одним из самых впечатляюшю бщ зрелищ, которые мне приходилось наблюдать в ходе работы». крз Кейлин обнаружил также, что цианнд предотвращает исчезно вение полос поглощения после введения кислорода (рнс. 7-7, Ь) Если в систему был добавлен уретан (ннгнбнтор гранспортз это электронов, в настоящее время не используемый), то полосв а и с исчезали в присутствии кислорода, но полоса Ь оставалап (рис.
7-7, Л. Наконец, используя цитохром с, экстрагированнья 7-12 А Аэробные Б Анээробные В Аэробные, + Кой Г Аэробньм, + уретан д цнтохрома+ кнапороа Рвс. 7-7. Полосы поглощения цито- хромов цря разных эксцарнман- тальных условиях (звдвчв 7-12). 6-14 А От комплекса Ь вЂ” ст .н- 0) ум 8Е- го юла :т? Лизины. влимомиа на перенос алактронов ° т «омплакса Ь вЂ” от на цитолром с ю- та Б К коаитлексу цитокромоксилазм 8Д- тзе юих пе за- 8К- пе- утин 8СЯ одо лл, гу.
Лминьс злипюцаю на перенос электронов м цитолрома с к комплексу Ь вЂ” ст ос ях енюе ют )ва В). эч1нх 7-14 ю- В). ута сы 8СЬ ый 6-3828 Рве.?-8. Положения леванов, цри которых ввгибярустсв перенос злсстронов; от комплекса Ь-с, в цвтохрому с (А) я от цвтохрома с в ломллслсу цвтолромолсадвзы (Б) (звдпчв 7-13). Один край гсмо- еой группы выступает псрпсндв- вулвряо поверхности молекулы цвтохромв с ло направлению к читателю.
Кружлвмя показано лоложеввс лвзвяов. Сплошные кружки находится ва передней вовсрлвоств молекулы, штрихо- вые-нв сс задней поверхности. Более жрушпас цо размеру кружки— блвжс в наблюдателю. Серые срувжв язобрвжают лвзваы, свя- жллыс с ввгвбировввисм переноса злелтроцов; светлые кружки — лизи- ны, ле связанные с влгябароввввсм зтого процессе. ПРеобразование энергии: митохондрии ы хлороплвсты 81 водой из высушенных дрожжей, Кейлин показал, что полоса, обусловленная цитохромом с, сохраняется в присутствии кислорода (рис.
7-7, Д). А. Какая из форм цитохромов, восстановленная (богатая электронами) илн окисленная (бедная электронами), дает спектральные по18осы, наблюдавшиеся Кейлнном? Б. Попробуйте на основе наблюдений Кейлина выстроить ряд из трех питохромов, по которому электроны переносятся от внутриклеточных субстратов к кислороду. В. Одно из ранних наблюдений Кейлина заключалось в том, что в присутствии избытка глюкозы исчезновения полос поглощения при добавлении кислорода в среду не происходит.
Можно ли объяснить этот факт быстрым окислением глюкозы до СОл? В процессе работы дыхательной цепи шятохром с принимает электроны от комплекса Ь-с, и переносит их к комплексу цитохромоксидазы. Какова взаимосвязь цитохрома с с двумя комплексами, которые он соединяет? Связан ли цитохром с с обоими комплексами одновременно, выполняя роль проволоки, проводящей электроны от одного комплекса к другому, нли же цитохром с движется между комплексами подобно парому, переправляя электроны от одного к другому? Некоторые данные по этому вопросу были получены в опытах, описываемых ниже. Была проведена модификация отдельных остатков лизина на поверхности молекулы цитохрома с таким образом, чтобы положительно заряженная аминогруппа была замещена нейтральной либо отрицательно заряженной, и проанализировано влияние таких модификаций на транспорт электронов от комплекса Ь вЂ” с, к цитохрому с н от цитохрома с к комплексу цитохромоксидазы.
Некоторые модификации не влияли на транспорт электронов (рис. 7-8, светлые кружки), тогда как другие ингибировалн его на этапе переноса от комплекса Ь вЂ” с, на цитохром с (рис. 7-8, А, кружки серого цвета) либо от цитохрома с к комплексу цитохромоксндазы (рис. 7-8, Е, кружки серого цвета). В другой серии опытов было показано, что несколько остатков лизина, за счет которых ингибировался перенос электронов к или от цитохрома с, были защищены от ацетилировання, если цитохром с был связан либо с комплексом Ь вЂ” с„либо с комплексом шятохромоксидазы.
Каким образом по этим результатам можно определить характер взаимодействия цитохрома с с двумя комплексами: связывается лн он с ними одновременно или же совершает челночные перемещения между ними? Сколько молекул АТР образуется из АОР и фосфата, когда пара электронов проходит по электронтранспортной цепи от ХАОН до кислорода? Целое это число или нет? На эти казалось бы простые вопросы трудно ответить на основании чисто теоретических рассуждений, и ответ на них был получен путем прямого измерения дыхания с помощью кислородного электрода (рис. 7-9).
Суспензию митохондрий добавляли в указанный момент времени в раствор, содержащий фосфатный буфер и В-гидрокснбутират, который может окисляться митохондриями с образованием ХАРН + Н'. Скорость дыхания резко возрастала, затем поглощение кислорода замедлялось и выходило на фоновый уровень. После стабилизации дыхания в среду добавляли 500 нмоль АКР; это вновь вызывало резкое увеличение скорости поглощения кислорода, пока весь АРР не превращался в АТР. Начиная с этого момента скорость погло- 02 Глава 7 Минули после добевпенил мисохондрив Рве. 7-9.
Потребление кислорода мвтохоадрвями лря разных экспе- риментальных условиях (задача 7-14). 7-15 д Миеохондрии б Михохондрии Иигибитор 1. ГССР 2. Маловат 3. Цианид 4. Атрактилат Мисохондрии тор 5. Олигомицин 6. Бутилмалонат 7-16 Рве. 7-10. Графики поглощения кислорода матохондрвямв в при- сутствия яягибиторов разных типов (задача 7-!5). б 3 3 200 В !00 й е о е о д 0 1 2 3 4 В В щения кислорода вновь резко падала до первоначального !фонов! го) уровня. А.
Почему при добавлении АПР скорость поглощения кислород значительно возрастала по сравнению с фоновым уровнем; почем она вновь снижалась, когда весь А)3Р превращался в АТР? Как вы считаете, почему в отсутствие экзогенно добавленног АПР потребление кислорода митохондриями происходило с ни кой фоновой скоростью? В. Сколько молекул АТР синтезировалось при переносе двух электр! нов на кислород по электротранспортной цепи (т.е.
каково отнош! ние Р12е )? Сколько молекул АТР синтезировалось в расчете в один поглощенный атом кислорода (отношение Р!О)? !Уравненв реакции окисления имеет следующий вид: О, + 2Н+ + 2е — Н,О Г. Какие процессы, зависжцие от электрохимического протонно! градиента, кроме образования АТР, имеют место в подобнь экспериментах? Ингибиторы функций митохондрий служат важным инструменто анализа, позволяющим понять механизм их работы.
На рис. 7-1 представлены три полярографических записи поглощения кисл! рода митохопдриями в присутствии различных ингибиторов. В всех этих опьпах митохондрии вносили в фосфатный буфе! содержащий сукцинат в качестве единственного источника элек! ронов для дыхательной цепи. Через небольшой интервал времен в среду добавляли АПР и затем ингибитор !рис. 7-10).
О скоросг поглощения кислорода в разные моменты времени судили по угл наклона прямолинейных отрезков кривой — чем больше накло! тем выше скорость. А. Пользуясь приведенным ниже перечнем ингнбиторов, определит! какие нз них могли быть использованы в каждом из трех опыто! представленных на рис.
7-10. Все ингибиторы останавливал синтез АТР. Функция Делает мембраны проницаемыми дл протонов Препятствует окислению сукцината Ингибирует цнтохромоксидазу Иигибирует А)3Р?АТР-транслоказ) действующую по механизму антк порта Ингибирует АТР-синтетазу Блокирует поглощение сукцииата ма тохондриями Б. Используя данные экспериментов, представленные на рис. 7-1!) попытайтесь изобразить кривые поглощения кислорода митохонд риями при последовательном добавлении перечисленных ниже па) ингибиторов: 1. ГССР затем цианид 2.
ГССР, затем олигомицин; 3. Олигомицин, затем ГССР. У метанобразую!цих бактерий конечным продуктом электронноп транспорта является метан, Например, бактерия Ме!Ьалаеагет Ьаг)сел!, растущая в атмосфере водорода и использующая в качес! ве субстрата метанол, осуществляет перенос электронов от вода Преобразование энергии; митохондрии и хпороппасты 83 ю- >да му >го из- эо- лена ше 0.) эго ых .ом -1О лоВо >ер, :ктени сти глу юн, Время пе, ,"ов, али для я га азу, >ти- Время ми- Рае. 7-11. Динамика выделения метана (СНя) после добавления метанола в культуру метанобра- эующвх бактерий, растущих в атмоо(юре водорода (Н>) (эадача 7-16).
Величины электрохимичес- кого протонного градиента (Лбе> я), внутриклеточной концентрации АТР и образование СН выражены в произвольных единидах. '-10, >нд- пар 7-17 Электрохимический протонный градиент ответствен не только за образование АТР в клетках бактерий, в митохондриях и хлоропластах, но также за обеспечение энергией бактериальных жгутиков. Считается, что жгутиковый «мотор» приводится в движение непосредственно потоком протонов, проходящих через него.
Чтобы проверить зто предположение, вы изучаете штамм Яссе)>еососсмх, клетки которого обладают подвижностью. Подвижность зависит от присутствия в среде субстрата окисления — глюкозы, ого с(па ест>до- рода к метанолу, в результате чего образуются метан и вода: СНэОН + Н, СН + Н,О. Эта реакция аналогична реакции переноса электронов от углеродсодержаших соединений к кислороду с образованием воды и диоксида углерода, осуществляемой аэробными бактериями и митохондриями. Вначале, однако, было не совсем ясно, как синтезируется АТР при метаногенезе у метанобразующих бактерий: за счет фосфорилирования, сопряженного с транспортом электронов, или в реакциях субстратного фосфорилирования. В опытах, проиллюстрироваиных на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
