Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Две конформации белка - это формы Е1 и Е2,уже описанные ранее. Постулировано, что1) связывающая ионы полость на Е1 обращена внутрь клетки, а на Е2 - наружу и 2) Е1обладает высоким сродством к Na+, а Е2 - кК + . Модель исходит также из двух установленных фактов, а именно 1) Na+ запускает фосфорилирование, а К+ - дефосфорилирование, 2) фосфорилирование стабилизирует форму Е2, а дефосфорилирование - форму Е1. На рис. 36.8 E1 и Е2изображены совершенно разными по конформации.
Нужно, однако, подчеркнуть,что структурные различия между этими двумя формами вовсе необязательно должныбыть большими. Сдвига нескольких атомовна расстояние 2 А может оказаться достаточно, чтобы изменить ориентацию полостии сродство к Na+ или К + .
Существует множество прецедентов, позволяющих считать,что фосфорилирование способно вызватьизменения такого масштаба. Вспомнимвлияние фосфорилирования на свойствагликоген-фосфорилазы и гликоген-синтазыили на изменение сродства гемоглобинак кислороду при нековалентном связываниибисфосфоглицерата.36.8. Кардиотонические стероиды специфические ингибиторы (Na+ ++ К+)-АТРазы и (Na+ + К+)-насосаНекоторые стероиды растительного происхождения являются мощными ингибиторами (Na+ + К+)-АТРазы и насоса.
Полумаксимальное ингибирование обоих процессов наблюдается при концентрации ингибитора порядка 10-8 М. Представителиэтого класса ингибиторов, в частности дигитоксигенин и уабаин, называются кардиотоническими стероидами в связи с их выраженным действием на сердечную деятельность (рис. 36.9). Активность кардиотонических стероидов определяется наличием в ихструктуре 5- или 6-членного ненасыщенноголактонного кольца с β-конфигурацией при36. Мембранный транспорт309Рис.
36.8.Схематическое изображениепредполагаемогомеханизмадействия (Na + + К + )-насоса.На верхней половине рисунка последовательность реакций, направленных на выведение трех ионов Na + ; ниже —последовательность реакций,обеспечивающих вход двух ионов К + .
Формы Е1 (желтыйцвет) и Е2 (синий цвет) на рисунке сильно различаются по конформации. На самом деле конформационные различия могутбыть очень небольшими.С-17. Существенное значение имеют такжегидроксильная группа при С-14 и цис-конфигурация сочленения колец С и D. В молекуле уабаина и ряда других кардиотонических стероидов при С-3 находится остатоксахара, однако этот сахар не имеет значениядля ингибирования АТРазы.Как уже упоминалось, кардиотоническиестероиды ингибируют реакцию дефосфорилирования (Na + + К + )-АТРазы. Ингибирование присходит только в том случае, если кардиотонические стероиды локализо310Часть V.Молекулярная физиологияваны на наружной стороне мембраны.Таким образом, подавление дефосфорилирования этими стероидами пространственно так же асимметрично, как и активация дефосфорилирования ионами калия.Кардиотонические стероиды, напримердигиталис, имеют огромное значение в медицине.
Дигиталис повышает силу сокращения сердечной мышцы и потому служит основным средством лечения острой сердечной, недостаточности. Ингибирование дигиталисом(Na + + К + )-насосаприводитк повышению содержания Na + в клеткахсердечной мышцы. Это сопровождается увеличением внутриклеточной концентрацииСа 2+ , что в свою очередь повышает сократительную активность миокарда. Любопытно отметить, что дигиталис (алкалоид наперстянки) успешно использовался задолго до открытия (Na+ + К + )-АТРазы.
В1785 г. врач и ботаник Уильям Уитеринг(William Withering) опубликовал «Описаниенаперстянки и некоторые способы ее применения в медицине», где рассказывает, какимобразом он впервые узнал об использовании дигиталиса для лечения острой сердечной недостаточности.«В 1775 г. меня спросили, каково моемнение о домашнем способе лечения водянки. При этом сообщили, что этот способ был известен одной старухе в Шропшире и она долго держала его в секрете.Старуха иногда вылечивала больных, которым не могли помочь врачи... Ее снадобье состояло из 20 или более различныхтрав, однако разбирающемуся в этомпредмете нетрудно было заметить, что активным началом могла быть только на-перстянка...
Наперстянка влияет на биение сердца в большей степени, чемкакое-либо из других лекарств, и это действие можно с успехом использовать дляисцеления больного».36.9. Транспорт кальция осуществляетсядругой АТРазойИоны кальция играют важную роль в регуляции мышечного сокращения (разд. 34.10),а также во многих других физиологическихпроцессах. В скелетной мышце содержитсясложная сеть связанных с мембраной трубочек и везикул. Эта мембранная система, называемая саркоплазматическим ретикулумом, регулирует концентрацию Са2+в среде, окружающей сократительные мышечные волокна.
В состоянии покоя Са 2+насасывается в саркоплазматический ретикулум, так что непосредственно вокруг миофибрил концентрация Са2+ бывает оченьРис. 36.10.Наперстянка.(Krochmal A.,Krochmal С., A Guide to theMedicinal Plants of the UnitedStates, Quadrangle Books, 1973,p. 243.)низкой. Возбуждение мембраны саркоплазматического ретикулума под влиянием нервного импульса ведет к мгновенному высвобождению больших количеств Са 2+ , и этозапускает мышечное сокращение. Другимисловами, Са2+ служит промежуточнымзвеном между нервным импульсом и сокращением мышечного волокна.Транспорт Са 2+ через мембрану саркоплазматического ретикулума происходит засчет энергии АТР.
В саркоплазматическомретикулуме имеется АТРаза, которую активирует Са 2+ . Эта Са 2+ -АТРаза является со2+ставной частью Са -насоса подобно тому,++как (Na + К )-АТРаза - часть (Na+ ++ К+)-насоса. Са2+-АТРаза также подвергается фосфорилированию в ходе гидролизаАТР:Рис. 36.9.Кардиотонические стероиды,например дигитоксигенин и уабаин, ингибируют (Na+ ++ К+)-насос.36.
Мембранный транспорт3112+рименте Са -АТРазу выделяли из мембран саркоплазматического ретикулума после их солюбилизации детергентом холатом. Очищенный солюбилизированныйфермент добавляли к фосфолипидам из соевых бобов. После удаления детергента путем диализа образовывались мембранныевезикулы. Эти реконструированные вези2+кулы с высокой скоростью накапливали Са2+в присутствии АТР и Мg .Рис. 36.11. Мембранные везикулы, образованныеизочищеннойСа 2+ -АТРазы.Глобулярныечастицы на поверхности мембраны - участкимолекулыАТРазы, пронизывающей мембрану.[Stewart P.
S.,МасLennan D. H., J. Bioi.Chem., 249,987 (1974).]Цикл конформационных изменений, обусловленных фосфорилированием и дефосфорилированием, обеспечивает перенос двухионов Са2+ при расщеплении одной молекулы АТР. Благодаря очень высокому сродству этой АТРазы к Са 2 + (К 10-7 М) фермент эффективно транспортирует Са 2+ изцитозоля (где [Са2+] < 10-5 М) в саркоплазматический рстикулум (где [Са 2 + ]10-2 М).Плотность молекул Са2+-насоса в мембране саркоплазматического ретикулумаочень велика, а именно около 20 000 в расчете на 1 мкм 2 . В сущности, Са 2+ -АТРаза составляет более 80% общего количества интегральных белков мембраны и занимаеттреть ее поверхности. Большая субъединица(100 кДа) Са-насоса пронизывет мембрануи содержит участок фосфорилирования; каки в (Na+ + K+)-насосе, таким участкомявляется специфическая боковая цепь, представленная остатком аспартата.
Еще однаобщая черта обоих насосов - это наличиегликопротеина: в Са 2+ -насосе гликопротеин массой 55 кДа связан с большойсубъединицей.Из очищенной Са 2 + -АТРазы и фосфолипидов удалось реконструировать функционально активный Са2+-насос. В этом экспе312Часть V.Молекулярная физиология36.10. Поток Na + обеспечивает энергиейактивный транспорт сахаров и аминокислотв животных клеткахМногие транспортные процессы не зависятнепосредственно от гидролиза АТР, а сопряжены с потоком ионов по электрохимическому градиенту.
Так, во многих животных клетках насасывание глюкозы обеспечивается одновременным входом Na + .При этом ионы натрия и глюкоза связываются со специфическим транспортнымбелком и проникают в клетку одновременно. Согласованный перенос двух компонентов называют котранспортом; при симпорте имеет место перенос обоих компонентовв одном направлении, а при антипорте - вРис.
36.12.Источником энергии для активного транспорта глюкозыслужит градиент концентрацииNa + . Эта система симпортасвойственна плазматическиммембранам клеток кишечникаи почек.противоположных направлениях. Ионы натрия, которые входят в клетку вместе с молекулами глюкозы посредством симпорта,выводятся из клетки (Na+ + К+)-АТРазой(рис. 36.12). Количество транспортируемойглюкозы и скорость ее транспорта зависятот трансмембранного градиента концентра+ции Na .Зависящий от Na+ симпорт широко используется в животных клетках для накопления аминокислот. В некоторых клетках,например в микроворсинках щеточнойкаемки кишечника (рис. 36.13), посредствомсимпорта осуществляется активный транспорт сахаров. Кроме того, в тонком кишечникесуществуетспециализированныйNa+-зависимый симпорт, обеспечивающийперенос ионов Cl- против градиента концентрации.
Во многих клетках ионы натрияслужат также движущей силой в процессах антипорта, направленных на выведениеионов кальция. Таким образом, градиентконцентрации ионов натрия, создаваемый(Na+ + K+)-АТРазой, обеспечивает энергией большинство симпортов и антипортовв животных клетках.36.11. Поток протонов служит движущейсилой во многих процессах транспортау бактерийСимпортыиантипорты - эволюционноочень древние механизмы молекулярноготранспорта.
Так, движущей силой многихтранспортных систем у бактерий служит поток протонов через плазматическую мембрану. Наиболее изученная бактериальнаясистема симпорта - перенос лактозы у E.coli(рис. 36.14). У этой обитательницы нижнихотделов кишечника млекопитающих выработался высокоэффективный механизм концентрирования лактозы. Насос для этогодисахарида, выделенный Юджином Кеннеди (Eugene Kennedy), представляет собойодиночную полипептидную цепь массой30 кДа и называется пермеазой для лактозы(или М-белком). Это интегральный мембранный белок, который кодируется геному, входящим в lac-оперон (разд. 28.3). В индуцированных клетках на его долю приходится около 4% белков мембраны.Раскрытию механиза функционированиялактозного насоса способствовало изучениемутантов по гену у, а также исследованиявезикул (пузырьков), полученных из бактериальных мембран.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
