Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Везикулы очень удобныдля изучения процессов транспорта, поскольку они значительно проще устроены,Рис. 36.13. Электронная микрофотография поперечного среза микроворсинок кишечника. Наличиемикроворсинок во много разувеличивает площадь поверхности, через которую происходит транспорт питательных веществ. (Печатается с любезного разрешения д-ра G.
Pallade.)чем целая бактерия. В везикулах есть система окислительного фосфорилирования идругие связанные с мембраной белки, но отсутствуют цитоплазматические компонентыинтактной клетки. Сами по себе везикулы ненакапливают лактозы, но если добавитьсубстрат окисления, обеспечивающий потокобладающих высоким потенциалом электронов по дыхательной цепи, то накоплениелактозы имеет место. Этот же эффект можно получить и иным способом, а именно созданием градиента рН с помощью образуемой вне клеток кислоты. Создание мембранного потенциала градиентом концентрации К+ также приводит к насасываниюлактозы.
Все эти данные показывают, чтоактивный транспорт лактозы обеспечивается протонодвижущей силой в плазматической мембране. Транспорт молекул лактозысопряжен с движением протона в клетку.При физиологических условиях протонный36. Мембранный транспорт313Рис. 36.14.Пермеаза для лактозы транспортирует β-галактозиды. вчастности лактозу (А) и изопропилтиогалактозид (Б). Тиогалактозиды оказались оченьудобными для изучения этойсистемы, так как они транспортируются пермеазой длялактозы, но не подвергаются гидролизу β-галактозидазой.градиент, необходимый для этого активного транспорта, возникает за счет потокаэлектронов от донора, обладающего высоким потенциалом (например, NADH), подыхательной цепи. Симпорт протонов и лактозы иллюстрирует обобщающую концепцию Питера Митчелла (Peter Mitchell)о «преобразовании энергии посредствомпротонного градиента» (разд.
14.18).нию к фосфорилированным сахарам, и потому они накапливаются внутри бактериальной клетки.Наиболее хорошо изучен процесс транслокации групп, осуществляемый фосфотрансферазной системой ( Ф Т С ) которуюоткрыл Сол Роузман (Saul Roseman). Особенность этой системы состоит в том, чтодонором фосфорильной группы служит фосфоенолпируват, а не АТР или какой-либоиной нуклеозидтрифосфат. Суммарная реакция, катализируемая фосфотрансферазной системой, следующая:Сахарвнеклетки++ Фосфоенолпируват—> Фосфорилированный сахар в клетке ++ Пируват.36,12. Активный транспорт ряда сахаровсопряжен с их фосфорилированиемСимпорт - не единственный тип насосов,осуществляющих транспорт сахаров. У некоторых бактерий накопление углеводовпроисходит путем сопряжения их входав клетку с фосфорилированием.
Например,у многих бактерий поступающая в клеткиглюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат.Особенность транспорта этого типа, называемого транслокацией группы, состоитв том, что в ходе транспорта происходитмодификация растворенного вещества. Клеточная мембрана непроницаема по отношеТаблица 36.1. Углеводы, транспортируемыетрансферазной системой Е.
coliГлюкозаФруктозаМаннозаN-ацетилглюкозамин314фосфо-МаннитолСорбитолГалактитолЛактозаЧасть V.Молекулярная физиологияРис. 36.15.Протонный градиент служитисточником энергии для транспорта ряда сахаров и аминокислот в бактериальные клетки. Протонный градиент генерируется током электроновв дыхательной цепи.В этой транслокации участвуют 4 белка:HPr, фермент I, фермент II и фермент III.Фермент II, будучи интегральным белкоммембраны, образует трансмембранный канал и катализирует фосфорилирование сахара.
При этом фосфорильная группа фосфоенолпирувата переносится на сахар не прямо,а сначала на фермент I и после на специфический остаток гистидина небольшоготермостабильного белка HPr (рис. 36.16).Образующийся в качестве промежуточногосоединения фосфогистидин имеет высокийпотенциал переноса фосфатной группы.промежуточный по величине между соответствующими значениями для АТРи фосфоенолпирувата. Далее происходитперенос фосфорильной группы от фосфорилированного HPr на фермент III - периферический мембранный белок, который ужевзаимодействует с собственно каналом, т.
е.ферментом II:Конечный этап - перенос фосфорильнойгруппы от фермента III на транспортируемый сахар (рис. 36.17). Из указанныхчетырех очищенных белков удалось реконструировать функционально активный ферментный комплекс.Некоторые белки, входящие в состав фосфотрансферазной системы, обладают специфичностью, другие - нет. Так, HPr и фермент I, которые являются растворимымибелками цитозоля, участвуют в транспортевсех сахаров, переносимых этой системой.С другой стороны, ферменты II и III проявляют специфичность в отношении определенных сахаров.
Например, в транспортеглюкозы, лактозы и фруктозы участвуютразные ферменты II и III. Такой же результат был получен и при генетических исследованиях. У мутантов, дефектных по HPrили ферменту I, не происходит транспортабольшого числа разных сахаров, тогда какмутанты, дефектные по синтезу ферментовII и III, не способны транспортироватьтолько какой-либо определенный сахар.Фермент III не участвует в транслокациигекситолов, в частности галактитола; в этомРис. 36.16.
Поток фосфорильных групп отфосфоенолпирувата на сахар,транспортируемый через мембрану фосфотрансферазной системой.случае фосфорильная группа переноситсянепосредственно от HPr на углевод.Чем объяснить, что фосфотрансферазнаясистема устроена значительно сложнее других переносчиков, например пермеазы длялактозы? Представляется вероятным, чтофосфотрансферазная система не только осуществляет транспорт сахаров, но и выполняет регуляторные функции. Избыточноепоступление какого-то одного углевода поддействием фосфотрансферазной системысильно подавляет активный транспорт сахаров другими переносчиками. Это ингибирование опосредуется, по-видимому, изменением содержания сАМР, а именно повыше36. Мембранный транспорт315ние концентрации сахара, накопленногофосфотрансферазной системой, ведет к снижению выработки сАМР (рис.
36.18). В результате прекращается транскрипция рядаиндуцируемых оперонов. Вспомним, чтоэкспрессия таких индуцируемых оперонов,как lac и gal, значительно возрастает присвязывании комплекса сАМР с белком БАКв соответствующих участках промотора(разд. 28.6). Следовательно, фосфотрансферазная система регулирует использованиеисточников углерода.36.13. Транспортные антибиотики повышаютионную проницаемость мембранРис. 36.17.Предполагаемыймеханизмтранслокации групп, осуществляемой фосфотрансферазнойсистемой.Рис.
36.18.Транспортируемыйфосфотрансферазной системой сахарα-метилглюкозид ингибируетобразование сАМР.316Часть V.Молекулярная физиологияРяд микроорганизмов синтезирует низкомолекулярные соединения, в присутствиикоторых мембраны становятся проницаемыми для определенных ионов. Эти небольшие молекулы, называемые транспортнымиантибиотиками,оказалисьценным инструментом для экспериментальных исследований, в частности дляизучения механизма связывания ионов. Например, валиномицин препятствует окислительному фосфорилированию в митохондриях путем повышения их проницаемостидля К + : в присутствии валиномицина митохондрии используют энергию, генерируемую при транспорте электронов, не на синтез АТР, а на накопление К + .
Валиномицинимеет циклическую структуру, образованную из повторяющейся три раза последовательности четырех разных остатков (А, Б,В и Г) (рис. 36.19). Эти остатки четырех типов соединены чередующимися эфирнымии пептидными связями.Еше один хорошо изученный транспортный антибиотик - грамицидин А (рис. 36.20).Это полипептид с открытой цепью, состоящий из 15 аминокислотных остатков.Примечательна структура грамицидина А:в нем чередуются D- и L-аминокислоты.
Кроме того, N- и С-концы полипептида модифицированы. Как будет показано несколько ниже, транспорт ионовграмицидином А и валиномицином осуществляется совершенно по-разному.Механизм переноса ионов этими антибиотиками удобно исследовать на таких хорошо охарактеризованных модельных системах, как двуслойные липидные пузырьки(разд. 10.6) и плоские двуслойные мембраны (разд. 10.6). В опытах используютпузырьки, содержащие радиоактивный ион,например 4 2 К + ; их получают путем обработки мембран ультразвуком в присутствии36.14. Транспортные антибиотикифункционируют либо как подвижныепереносчики, либо как каналообразователиРис.
36.19.Валиномицин имеет периодическую циклическую структуру, состоящую из остатковL-лактата (А), L-валина (Б),D-гидроксиизовалерианата (В)и D-валина (Г).этого иона и последующего удаления 4 2 К + ,не попавшего внутрь пузырьков, методомгель-фильтрации. Далее сравнивают скорость выхода радиоактивного иона из пузырьков в присутствии и в отсутствие антибиотика. Другой способ получения информацииотносительно ионной проницаемости двуслойных мембран состоит в измерении таких электрических параметров, как сопротивление мембраны и мембранный потенциал.Например, сопротивление двуслойной мембраны по отношению к К + в присутствии10-7 М валиномицина или 10-9 М грамицидина падает более чем в 10000 раз приградиенте концентраций КСl на мембране0,02 М.Существует два совершенно разных механизма действия транспортных антибиотиков на проницаемость мембран для ионов(рис.
36.21). Некоторые антибиотики (например, грамицидин А) формируют канал,пронизывающий мембрану. Ионы входятв такой канал на одной стороне мембраны,диффундируют по нему и выходят на другой стороне мембраны. Стимуляция транспорта ионов по этому механизму не сопряжена с движением самого антибиотика-каналообразователя. Антибиотики другойгруппы (например, валиномицин) функционируют как переносчики ионов через углеводородную область мембраны. Активностьэтих транспортных антибиотиков сопряжена с их собственной диффузией.В эксперименте подвижные переносчикии каналообразователи можно различить следующим образом.
Измеряют температурную зависимость ионной проводимости искусственной липидной двуслойной мем-Рис. 36.21.Рис. 36.20.Структура грамицидина А.Схематическоеизображениеразличий между транспортнымиантибиотиками-каналообразователями и подвижными переносчиками. Все известные транспортные белкипринадлежат к категории каналообразователей.36. Мембранный транспорт317Как уже обсуждалось выше (разд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
