Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Диффундирующая молекула во время прохождения через мембрану ие модифицируется химически и не соединяется с другими видами молекул. Для опосредованных, илн облегченных, мембранных транспортных процессов характерны кинетика насыщения (т. е.
транспортная система может насыщаться транспортируемым растворенным веществам) и специфичность к транспортируемому веществу. Возможность опосредованного транспорта обусловливается белками, способными обратима связывать специфические субстраты. Этн транспортирующие молекулы белка имеют различные названия: транспортные систелгы, переносчики, носители или транслоказы. 375 П. ОБЩПЕ АСПЕКТЫ ГЦЕТЛБОЛИЗМЛ ае дгрегация или ассоциация н плоскосгпи мезлбраны Ш- йй асссцнпцнн пнпнзсп нсссцннцнн Еспнсп 31Й2 = Йик - п~й бссясрпдсчнп зыпыннньзннв эннрппненнп в, Периферийные белковые компоненты пнаырснннн пснсрхнсопь н«оюрпнссннып нпруынпн павсрннпспь в.
Связанные с мембраной ( цивюснелешиые) нампоненшы ЙМ-Я =и~ (сосгпсянне,й нмпеданс несопряженнып (спстпсянне 2) Рис. 11.8. Схематическое изображение некоторых возможных механизмов, ограничнваюших латеральную подвижность рецепторов клеточной поверхности; о— ограничение в результате агрегации или связываняя латерального движения либо белковых, либо липидных компонентов в плоскости мембраны; б †образован доменов, закрепление мембранных компонентов в специфических липидных доменах или выталкивание из ннх; е — возможная роль периферических мембранных компонентов, действуюших либо на внутренней, либо на наружной поверхности мембраны н ограничиваюших латеральное движение мембранных молекул; с в ограничение латеральной подвижности мембранных компонентов из-за влияния, которое могут оказывать на их транслокацию связанные с мембранной эле- менты цитоскелета.
(Ф)со(зоп 6. ры В!осЫш, В(аРЬУз. Ас1а, 467, 63, 1976.1 376 ни метлволизм Облегченный транспорт относится к процессам, в которых соединение движется через мембрану только по определенным путям посредством способных к насыщению механизмов, не требующих непременного снабжения энергией за счет АТР или равноценного источника. Таким процессом является вход глюкозы в гепатоциты, эритроциты и мышечные клетки по концентрационному градиенту. Активным транспортом называют процессы, в которых молекула должна двигаться через мембрану независимо от направления ее концентрационного градиента. Энергия, необходимая для такого процесса, поставляется одним нз двух следующих способов.
Во-первых, транспорт данного метаболита может быть сопряжен с одновременным движением второго вещества, которое движется по своему концентрационному градиенту; Ьб этого процесса— большая и отрицательная величина. Вторая молекула может двигаться в том же направлении, что н первая (еимпорт), илн в противоположном направлении (антипорт). Во-вторых, энергия может поставляться сопряженным гидролизом АТР (АТРазная активность) или какого-либо другого высокоэнергетического соединения иа поверхности белка, который служит носителем.
Такое «устройство» называется насосом. Согласно теоретическим соображениям, для транспортного процесса необходимо, чтобы транспортирующие белки находились в мембране в форме агрегатов из близких по размеру двух или более полипептидных цепей (пх размер должен соответствовать толщине мембраны). Предполагается, что вдоль центральной оси этого агрегата проходит наполненный водой канал. Если этот агрегат представляет собой димер из двух идентичных полипептидных цепей, он должен иметь ось симметрии, параллельную этому каналу, т.
е. перпендикулярную плоскости мембраны. Активный центр, специфичный к транспортируемому лиганду, должен располагаться в полипептидной зоне внутри канала. При активном транспорте в одном из двух структурных состояний полипептндного агрегата активный центр обращен к водной фазе на одной стороне мембраны. Конформационнос изменение полипептидной цепи, пронсходящее за счет поставляемой энергии, вероятно, позволяет связанному лиганду повернуться к другой стороне мембраны. Этот механизм находится в соответствии с концепцией фиксированных пор или каналов в плазматической мембране, образованных за счет специфической организации мембранных белков, а также согласуется с данными об асимметрии в расположении мембранных компонентов и о наличии белковых молекул, прошиваюших всю толщу мембраны (см. выше).
При облегченной диффузии структурные состояния транспортного белка ие отличаются существенно по энергии, и переход из состояния с более низкой энергией в состояние с более высокой и ОБщие Аспекты ыетАБОлпзмА энергией мохгет быть осуществлен за счет энергии, освобождаю- щейся прн связыванпн самого лиганда. 1ц3.2Л. Лспскты активного транспорта В тканях млекопитающих обнаружено несколько основных систем актпвного транспорта, таких, как натрневый и калыщевый насосы (Ха'-насос и Оа'ч-насос), системы транспорта глюкозы и других сахаров н системы транспорта аминокислот. Наряду с этим высокосслектнвные транспортные системы, включающие специфические белковые переносчики, могут функционировать прн переносе определенных ионов нз внеклеточной во внутрнклеточпую среду.
Примечательные примеры представчяют собой участие апоферритина в регуляции передвижения железа нз просвета кишечника в плазму крови (гл. 32) и активный транспорт анионов, опосредованный полипептидамн, присутствующими в мембране эритроцнта (гл. 32). Здесь кратко рассмотрена только первая система. Уа"-насос. В большинстве клеток животных внутриклеточная концентрация (К+) относительно высока и постоянна и составляет 120 — 160 ммоль/л, в то время как концентрация (Ха+1 .с 10 ммоль!л.
Напротив, внеклеточная жидкость содержит относительно много ионов 1ча'- (11(а+1 150 ммоль!л) н гораздо меньше ионов К+ (обычно (К+1(4 ммоль/л). Поэтому на клеточных мембранах возникает значительный концентрационный градиент этих двух ионов. Постоянство высокой внутриклеточной концентрации (К+) поддерживается происходящим с затратой энергии выходом Хат из клетки с заменой его на К+.
Аналогия этого процесса с механическим насосом оправдана в том смысле, что энергия используется для движения ионов против препятствующего движению концентрационного градиента. Во всех исследованных случаях источником энергии для этой работы служит АТР— субстрат для мембранной АТРазы. Так, в мембранах эритроцитов содержится АТРаза, для активации которой требуется и 1ча+, и К .
Фермент пространственно асимметричен, т. е. аи стимулируется внеклеточпым, в нс впутрпклеточпым Кв и внутриклеточным, а не внеклеточным 1чга". Добавка только Ка' илн только К" не влияет на ферментативпую активность. Однако, когда присутствуют оба иона, гидролнз АТР заметно ускоряется. Многочисленные свидетельства указывают на то, что Ха+-К+-АТРаза— ферментный эквивалент системы, ответственной за активный транспорт (т(а+ через мембрану ()т1ав -насос). 1ча+-К"-АТРаза (мол. масса -250000) участвует в транспорте )т)а' и К' через плазматическую мембрану клеток всех эукариот.
Очищенный фермент состоит из каталнтпческой субъединнцы (мол. масса -95000) и глнкопротсндной субъеднницы (мол. масса 50000). полярное соотношение которых, вероятно, равно 2: 1. и!. метАБОлизм 378 При гидролизе ЛТР большая субъединица фосфорилируется; фосфорилированная форма фермента содержит аспартил-б-фосфатный остаток. Каталитическая субъединица имеет места связывания для 1ча', К+ и уабаина (сердечного гликозида), пигпбирующего активный транспорт Ма ь и К" во многих клетках. ОН СН, Н ОН ОН йабаин Предполагается, что болыпая субъединпца простирается через всю толщу клеточной мембраны, причем места связывания К+ и уабаина оказываются на наружной поверхности мембраны, а Иа+ и АТР— на внутренней. Сахара гликопротсидной субъединицы представлены сиаловой кислотой, фукозой, Х-ацетилглюкозамином и маннозой. Гликояротеид может способствовать правильной ориентации фермента в мембранном бислое, поскольку олигосахариды обычно располагаются на наружной поверхностн плазматической мембраны в форме нескольких выступающих образований (разд.
11.2.1). Фосфоглицериды составляют -1/а массы изолированного фермента; такое количество фосфоглицерндов необходимо для активности фермента. Предложен следующий механизм действия ЛТРазы. Перенос терминального фосфата ЛТР к ферменту происходит в реакции, зависящей от Мд'" и Ха, в отсутствие К'. Прп добавлении К+ к фосфорилированному интермедиату фосфат освобождается в виде Рь Ниже приведено уравнение реакции, а предполагаемая последовательность показана на рис. 11.9.
ЗХааа, +2К~а +АТР'-+НаΠ— ~ Змааа щ+2К" +АОРа-+Р) ~+Н+ ,1(ругие явления ионного транспорта, включающие обязательное участие Са'1-активируемой ЛТРазы, рассмотрены позднее (гл. 33 и 37). Примером активного спмпорта служит перенос глюкозы против конпентрационпого градиента, например нз клеток слизистой оболочки кишечника в кровь (гл.
14), н реабсорбция глюкозы из почечного канальца (гл. 35). В этих случаях транспорт глюкозы за- 379 и. Оьц1ие Аспекты метАБОлизмА Мазь 1. АТР + Ма+„„ч р+ АТРзза„~~ — — 1Чз-АТРззз„'ьР+ АВР 2. Р1з-АТРазаа'ьР ч~ р1з-АТРззаз ьР 3 Мз АТРззаь'ьР + К нзрумн + НзО ч~ АТРаза + Р; + Гзз + Кь зьрнрз зьччр Рис. 11.9. Схематическое язобрвжение транспорта 1Ча+ н К+ при участии Ыв+-К+- АТРазы. Две формы фермента (а и Ь) обозначают нозможные ионформационные изменения, происходящие во время обмена ионов. Действие уабанна ингибирует К+-зависимую реакцию 3, гидролиз фосфорнлированной 1Ча+-АТРазы. Хотя на рисунке приведено соотноп[ение 1Ча+(К+, равное 1, установлено, что для мембран зрнтроцитов и аисоиа кальмара. а также для искусственно приготовленных пузырьхов, в которые встраивался очищенный фермент, полученное в опыте соотношение составляло 1Ча 'я,р ' К~„'р „— — 3: 2.
Это согласуется с выщеуиазанвой стехнометрией. висит от гчае — увеличение вненлсточпой концентрации [1ча') усиливает транспорт глюкозы в клетки. Это сопряжение транспорта 1[а" и транспорта глюкозы позволяет предположить существование белка-переносчика с центрами связывания как для глюкозы, так и для [т1а ". Когда внутри клетки происходит разрндка этих центров, )чар-насос возвращает Еа+ обратно во внеклеточную среду. Так как последний процесс нуждается в АТР, то гндролиз АТР, происходящий на одну стадию раньше, опять предоставляет энергию для транспорта глюкозы против ее концентрационного градиента. Совместный транспорт 1чаь и некоторых аминокислот в клетки обсуждается далее (гл.
21). Из всего сказанного можно сделать следующие выводы относительно мембранного транспорта: 1. Активный транспорт ионов, включая 1ча+, К+ и Са", тесно сопряжен с действнсы мембранной АТРазы, которая, подвергаясь фосфорилированию и дефосфорилированию, продуцирует энергию для транспорта против градиентов концентрации. 2. Аминокислоты и некоторые сахара транспортируются активно, что может сопровождаться метаболпческнми изменениями транспортируемых молекул. В некоторых животных клетках этп транспортныс системы проявляют зависимость от 1ча+.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
