Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Каждаяцепь скручивается в β-спираль,похожую на свернутый в рулонβ-складчатый слой. Изображенная модель была предложена Деном Ури (Dan Urry).[Weinstein S.,Wallace В. А.,Blout E. R.,Morrow J. S.,Veatch W., Proc. Nat. Acad. Sci.,76, 4230 (1979).]36.
Мембранный транспорт321Рис. 36.28.Электронная микрофотография изолированных листковмежклеточных щелевых соединений. Цилиндрические коннексоны образуют гексагональную решетку с ребромячейки 85 А. Диаметр интенсивно окрашенной полости в центре - около 20 А. (Печатаетсяс любезного разрешения д-раN. Unwin и д-ра G. Zampighi.)36.18. Через щелевые соединения ионыи небольшие молекулы перетекаютиз клетки в клеткуБольшие водные каналы, через которыепроисходит пассивный транспорт, свойственны многим биологическим мембранампрокариот и эукариот.
Так, в наружной мембранеграм-отрицательныхбактерийимеются каналы, образованные порином —трансмембранным белком массой 37 кДа(разд. 32.14). По этим каналам диаметром10 А легко проникают в периплазматическое пространство полярные молекулы массой, не превышающей примерно 600 Да. Далее эти молекулы транспортируютсяв цитозоль посредством симпорта, транслокации групп или иных пермеаз. Подобнымже образом в наружных мембранах митохондрий и хлоропластов имеются большиеводные каналы, образованные из аналогичных порину молекул.Наиболее хорошо изученным типом водного канала у эукариот является щелевоесоединение (щелевой контакт), называемое322Часть V.Молекулярная физиологиятакже межклеточным каналом, посколькуон служит протоком между внутренним содержимым многих смежных клеток.
Щелевые соединения, открытые Жан-ПолемРевелем и Морисом Карновским (Jean-Paul,Revel, Morris Karnovsky), располагаютсяскопом (кластерами) в определенных участках плазматических мембран прилежащихдруг к другу клеток. На электронных микрофотографиях листков щелевых соединений(рис. 36.28) можно видеть, что каждое соединение образовано шестью субъединицами,окружающимипорудиаметром15-20 А.Натангенциальномсрезе(рис. 36.29) видно, что эти гексамеры пронизывают промежуток (щель) между соприкасающимися клетками (отсюда и название - щелевое соединение).
Для определениявнутреннего размера щелевых соединенийпроизводили микроинъекцию ряда флуоресцирующих веществ в одни клетки и затемнаблюдали, как распространяется флуоресценция по соседним клеткам. По даннымВернера Лёвенштейна (Werner Loewenstein),все полярные вещества массой до 1 кДа легко проходят по межклеточным каналам.Другими словами, по щелевым соединениямиз одной клетки в другую могут поступатьнеорганические ионы и большинство метаболитов (сахара, аминокислоты, нуклеотиды).Что касается белков, нуклеиновых кислоти полисахаридов, то из-за своих большихразмеров они не проходят по этим каналам.Щелевые соединения играют важную рольв межклеточной коммуникации.
В ряде возбудимых тканей, например в сердечной мышце, клетки объединены в единую системубыстрым потоком ионов через эти соединения; таким путем достигается быстрыйи синхронный ответ на стимуляцию. ЧерезРис. 36.29. Электронная микрофотография тангенциального среза щелевых соединений между прилежащими клеточными мембранами. [Hertzberg E. L., Gilula N.
В., J. Biol. Chem., 254.2143 (1979).]щелевые контакты происходит также питание клеток, удаленных от кровеносных сосудов, например в костях или хрусталике глаза. Представляется вероятным, что рассматриваемые каналы коммуникации имеютважное значение в регуляции процессов развития и дифференцировки.Проницаемость щелевых контактов регулируется ионами кальция. Повышение внутриклеточного содержания Са2+ приводитк тому, что щелевой контакт в той илииной мере закрывается.
Межклеточные каналы полностью открыты при концентрации Са2+ ниже 10-7 М и полностью закры2+ваются при концентрации Са , превышаю-5щей 5•10 М. Увеличение содержанияСа2+ в указанном диапазоне приводитк сужению просвета межклеточных каналов,причем в первую очередь снижается проницаемость для более крупных молекул.Структурная основа таких изменений просвета каналов была выявлена при анализереконструированных трехмерных изображений полей щелевых контактов, взятыхв двух различающихся по четвертичнойструктуре состояниях. Эти структурные исследования показали, что щелевой контактсостоит из двух смыкающихся цилиндрических единиц, названных коннексонами.Каждый коннексон образован шестьюсубъединицами, имеет длину 75 А и насквозь пронизывает плазматическую мембрану. Сегмент коннексока длиной 20 А вы-ступает во внеклеточное пространствои соединяется с коннексоном прилежащейклетки.
Длинная ось каждой из субъединицконнексона имеет наклон по отношениюк поперечной оси мембраны. Путем скольжения субъединиц относительно друг другапроисходит уменьшение их наклона к поперечной оси мембраны, и канал при этом закрывается (рис. 36.31). Самые большие конформационные изменения имеют местов середине канала, где субъединицы двухстыкующихся коннексонов скользят относительно друг друга на расстояние примерно11 А, что соответствует повороту на 28o.Анализ высокой степени разрешения позволит в дальнейшем выявить, каким образомСа2+ индуцирует скольжение и поворот.Рис.
36.30.Схематическоеизображениещелевого контакта.36. Мембранный транспорт323Рис. 36.31.Модель регуляции ионамиСа2+ степени закрывания щелевого соединения. (По рисунку, любезно предоставленномуд-ром N. Unwin и д-ромG. Zampighi.)ЗаключениеТранспорт молекул и ионов через биологические мембраны осуществляется трансмембранно ориентированными белками, которые формируют каналы. Транспортявляется пассивным, если ΔG для транспортируемого компонента отрицательно; в случае активного транспорта величина ΔG положительна.
Изменения свободной энергиизависят от соотношения концентрацийтранспортируемого компонента по двумсторонам мембраны и от мембранного потенциала, если мембрана заряжена. Активный транспорт требует вклада свободной энергии. Наиболее распространеннаясистематранспортавживотныхклетках - (Na+ + K+)-насос, который выводит из клетки три иона Na+ и насасываетв клетку два иона К+ за счет энергии гидролиза одной молекулы АТР. В присутствииNa+ ATP фосфорилирует аспартатную боковую цепь в α-субъединице этого ферментативного комплекса с субъединичнымсоставом α2β2.
Образовавшееся фосфорилированное промежуточное соединение гидролизуется в присутствии К + . Эту последнюю реакцию подавляют кардиотоническиестероиды (например, дигиталис), являющиеся высокоспецифичными ингибиторами(Na+ + К+)-насоса. В результате цикла конформационных изменений, обусловленныхфосфорилированием и дефосфорилированием, происходит перенос ионов Na+ и К + .Транспорт ионов кальция, играющих важную роль в регуляции мышечного сокраще-324Часть V.Молекулярная физиологияния, осуществляется иной АТРазной системой, локализованной в мембране саркоплазматического ретикулума. Однако ив этом случае процесс транспорта сопряженс фосфорилированием остатка аспартата.2+Обе системы транспорта - как Са , так и++(Na + К ) - удалось реконструировать изсоответствующих очищенных АТРаз и фосфолипидов.Для ряда транспортных систем непосредственным источником энергии служит не гидролиз АТР, а градиент концентрации ионов.
Так, активный транспорт глюкозыи аминокислот в ряде животных клеток сопряжен с одновременным входом Na + ; такой процесс называется котранспортом.Одновременный вход Na+ и глюкозы обеспечивается специфическим симпортом.(Na+ + К + )-насос создает тот градиент концентрации ионов Na + , который необходимдля сопряженного входа Na + и глюкозы.У бактерий, как правило, непосредственнымисточником энергии для симпортов и антипортов служит градиент концентрации Н + ,а не Na + .
Например, активный транспортлактозы, осуществляемый пермеазой длялактозы, сопряжен с входом протона в бактериальную клетку. Этот транспортныйпроцесс протекает за счет протонодвижущей силы, генерируемой переносом электронов по дыхательной цепи. Бактериямсвойствен и иной тип транспорта, а именнотак называемая транслокация групп; в этомслучае происходит модификация растворенного вещества в процессе переноса. Так,фосфотрансферазная система, переносящаясахара, фосфорилирует их (например, глюкозу в глюкозо-6-фосфат) по мере поступления в клетку. Донором фосфорильнойгруппы в этом процессе служит фосфоенолпируват. Фосфорилирование опосредованотремя разными ферментами и небольшимбелком (HPr) - переносчиком фосфорильнойгруппы.Клетки прокариот и эукариот содержаттакже наполненные водой каналы, по которым ионы и небольшие полярные молекулы могут пассивно диффундироватьсквозь мембраны.
Например, в наружныхмембранах грам-отрицательных бактерийимеются пориновые каналы диаметромоколо 10 А. Между соприкасающимисяклетками высших организмов во многихслучаях имеются щелевые соединения. Поэтим каналам диаметром 20 А ионы и большинство метаболитов (например, моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды) могутперетекать из одной клетки в другую. Щелевые соединения закрываются под дей2+ствием Са . Эти протоки между соприкасающимися клетками играют важную рольв межклеточной коммуникации.Транспортные антибиотики повышаютпроницаемость мембран для определенныхионов, функционируя в качестве подвижныхпереносчиков (например, валиномицин) либо каналообразователей (например, грами-РЕКОМЕНДУЕМАЯЛИТЕРАТУРАС чего начатьHobbs A.S., Alberts R.W., 1980.
Thestructure of proteins involved in activemembrane transport, Ann. Rev. Biophys. Bioeng., 9, 259-291.Wilson D.В., 1978. Cellular transportmechanisms, Ann. Rev. Biochem., 47,933-965.Harold F.M., 1978. Vectorial metabolism. In: Ornston L.N. and Sokatch J.R. (eds.), The Bacteria, vol.
6,pp. 463-521, Academic Press.Saier M.H., Jr., 1979. The role of thecell surface in regulating the internalenvironment. In: Sokatch J.R. Ornston L.N. (eds.), The Bacteria, vol. 7, pp.167-227, Academic Press.Estes J.W., White P.D., 1965. WilliamWithering and the purple foxglove, Sci.Amer., 212(6), 110-117. (Любопытноеописание истории открытия и использования дигиталиса.)КнигиAndreoli Т.E., Hoffman J.F.,Fanestil D.D. (eds.), 1978. Physiology ofMembrane Disorders, Plenum. (Содержит прекрасные статьи, касающиесямногих аспектов мембранного транспорта.)Rosen В.P.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
