Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 90
Текст из файла (страница 90)
По в митохондриях 1п з!!ц и в дышащих бактериях (см. ниже) наблюдаемый АрН, составляющий лишь немногим болыие 1, слишком мал, чтобы отнечать за синтез АТР. 449 1Е БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ.1 Как отмечалось ранее, прн обычных фнзиологическнх условнях для спнтеаа АТР требуетсн ЛЕ 250 мВ. При переводе ЛрН в электрнческне единицы, получаем — 2,ЗКТ ЬŠ— ' — ЬрН = — боЬрН (ИВ) при 30'С Р Таккм образом, если ЛрНж!, то трансмембранный потенцнал составляет лишь 60 мВ, что недостаточно для осуществления сннтеза АТР, даже если 1АОР) н (Р11 были бы очень высокнмн, а [АТР) очень низкой.
Однако в работающей мнтохондрнн разность электрических потенциалов поперек мембраны ЛЧ" близка к 175 мВ. Суммарный эффективный электрохнмнческнй потенцнал выражаетсн просто как Ьрн+ = ЬЧ' — 60Ьры (ЕВ) Измерения показали, что электрохнмнческвй потенцнал в мнтохопдрнях н бактернальных мембранах Л)1но составляет от 230 до 250 мВ, т. е. достаточен для осуществления синтеза АТР. Прн использовании специальных методик можно получить нз лппндов соевых бобов нлн нз фосфатндплэтаноламнна или фосфатнднлсернна (но не из фосфатнднлхолнна) плоские мембраны, в которых соответствующим образом орнептпрована цнтохромоксндаза; в такнх мембранах выброс протонов происходит только иа той стороне, на которой расположен цнтохром с, н ЛЧ' может быть прямо измерено подходящими электродами.
У таких «грубых» препаратов обнаруживали ЛЧ"ж200 мВ. Подобные наблюдепня сделаны н с встроенным в плоскую мембрану бактернородопснном прн освещеннн. $2.б.б.2. Рлзобп1ители Механизм действии многих классических разобщнтелей окнслптельного фосфорилнроваппя может быть объяснен с позиций протон-двнжущей гипотезы. В прпсутствпн разобщнтелей синтез АТР не происходит, тогда как скорость окнслення субстрата и потреблення кислорода макснмальны. Примеры такнх соеднненнй — 2,4- днннтрофенол и пктрифторметоксикарбонилцнапидфснялгидразон: [~,о-о-~~~)н~-с ~ н' ыо а4-Лининфмленол трифмарманюкоикарбоиилинаннафанннанапааан 29 — 0 43 иь ыетдволизм Эти соединения представляют собой липофильные слабые кислоты, которые могут мигрировать через липидную фазу мембраны как в ионизированной, так и в неионизированной форме.
Прв этом они замыкают протонный ток, переправляя протоны непосредственно через липидную фазу мембраны. Существуют также истинные ингибиторы окислительного фосфорилирования, из числа которых особенно примечательны ДЦКД и антибиотик олигомицин. Как отмечалось ранее (разл. 12.5.1), ДЦКД реагирует с Ее, блокируя перемещение протонов через мембрану. Олигомицин каким-то подобным образом реагирует с «ножкойе, связывающей Е1 с мембраной, так что становится невозможным как синтез АТР, так и перемещение протонов. Торможение потока протонов сопровождается таким сдвигом равновесия реакций между протонсекретнрующими компоиентамн электронпереносящей цепи, в условиях которого вообще не могут осуществляться ни синтез АТР, ии движение потока электронов (дыхание). 12Л.З.З.
Обратнмоеть Ранее отмечалось, что в митохондрии при анаэробиозе и наличии АТР может происходить восстановление НАГ)е сукпинатом. Это становится возможным благодаря обратимости действия ЛТРазы. Генерируемые прв гидролизе матриксной АТР протоны продвигаются через Ее обратно в межмембранное пространство, причем создается (Н11 в межмембранной жидкости. Это явление было изучено в опытах с обычными вывернутыми пузырьками, когда оказалось, что направление потока На через мембрану с той стороны, где идет гидролнз АТР, определяется расположением АТРазы в каждом из двух изученных препаратов. Если представить упрощенно, что (аАРН-дегидрогеназа (комплекс 1) катализирует реакцию -~- 2е (к флаеонротенду) мл0+ — т 2Н+ (на ~мр)жную сторону мембраны) Н++ХЛРН-<— то сукцинатдегидрогеназа должна отдавать 2е в электронпереносящую цепь (Ее=+30 мВ), в то время как АТРаза развивает сильное локальное давление протонов на мембране.
Поскольку ХАО« действительно восстанавливается, протонное давление, возникающее при гидролизе АТР в таких экспериментальных условиях, должно иметь величину почти 300 мВ. Это обстоятельство прекрасно раскрывает природу того «сцепления», которое сопрягает окисление с фосфорнлнроаанием. Дыхание не может осуществляться, если не имеются в наличии А()Р 1В БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. 1 451 и Рь которые, комбинируясь, дают АТР. Если АТР в матриксе имеется в избытке, а АРР и Р» недоступны, обратимая АТРаза обеспечивает максимальное протонное давление в межмембранном пространстве.
Окислительный процесс в этом случае не может протекать, так как окислительно-восстановительный цикл каждого нз работающих комплексов обязательно сопровождается также и есекрецней» протонов. Если последняя становится невозможной нз-за уже существующей высокой 1Н+1, созданной АТРазой активностью, перенос электронов также невозможен. Таким образом, механизм сцепления в действительности заключается в установлении определенного протонного давления на наружной стороне внутренней мембраы.
Еще один компонент мембраны — йАРР-1ГАР-трансгидроггноза; она напоминает АТРазу в том отношении, что состоит из крупного водорастворимого белка, связанного с белковым комплексом, который является интегральной частью мембраны. Эта трансгндрогеназа катализирует мнтохондрнальную реакцию 1ЧДРН+ ХЛОР+ — э 1ЧДО++ ХДОРН Можно предположить, что процесс также совершается с участием механизма, который использует как восстановительную силу 1ЧАРН, так н Лрн+.
В работающей митохондрии Лрн+ генерируется механизмами переноса электронов от 1ЧАОН к Ом В экспериментальных условиях Лрн" может создаваться добавкой АТР к митохондриям в отсутствие окнсляемого субстрата. Таким образом, митохондрия способна к преобразованию различных форм химического потенциала; в этой системе ЛЕ, ЛрН, Лт1Г, Лрп"и ° Р эквивалентны н взаимозаменяемы. Справедливость представлений о ЛЧ' и Лр1-1 иллюстрируется также поведением митохондрий и субмитохондриальных частиц прп добавке ионофоров.
Добавка валиномицина в суспензию дышащих митохондрвй в содержащей К+ среде вызывает вход К+, который переносится валнномицином. В результате уменынается ЛЧГ, но не меняется ЛрН. Дальнейший выход Н' частично восстанавливает Лип-, и матрикс становится более щелочным. Антибиотик нигерицин, представляющий собой полиэфир с одной свободной карбоксильной группой выступает в роли антнпереносчпка пары К~-/Н'-. Поэтому он может уменыпать ЛрН, но не ЛЧ' на мембране.
Такам образом, ни ннгерицин, пи налииомацнн поодиночке не разобшают фосфорилирование и не оказывают заметного влияния на Лри+ дышащих вынернутых субмитохондрнальных частиц, выделяющих в свое внутреннее пространство протоны, Однако при комбинашш этих двух соединений ннгерицин обменивает внут- пь метлволизм ренинй Н " на внешний К', который затем выходит с валиномициноч; так что в конечном итоге снимаются как ЛрН, так н ЛЧ' и прекращается синтез АТР. Мпб.б.4. Актквный транспорт в бвктерквлькых клетках Роль ЛЧ', ЛрН и ЛЕ в синтезе АТР также отмечали при ваблюденни дышащих плазматических мембран бактернальных клеток.
Дыхательные ферменты Е. Бой локализованы в липидной мембране; пр~ окислении такого субстрата, как о-лактат, протоны выбрасываются наружу, генерируются ЛрН и ЛЧ' и поддерживается внутраклеточная ~АТР1. В этом состоянии клеточная мембрана может участвовать в активном транспорте лактозы из среды. Этот транспорт внутрь осуществляется по типу симпорта, в котором вход галактозида сопровождает вход Н+ или К+. В таких мембранных пузырьках синтез АТР может пндуцироваться потоком Нт внутрь нлн потоком Кь наружу и зависит от Лрн+, превышающей 200 мВ, но не зависит от того, чей вклад, ЛрН или ЛЧ", больше в создании Лрн ..
Хотя в рамках хпмпосмотической гипотезы, по-видимому, получает рациональное объяснение и связывается воедино большое число наблюдений, несколько важных вопросов остаются нерешенными. Например, часто экспериментально находят, что Лрн'< (200 мВ, тогда как для синтеза АТР в физиологических условиях требуется )250 мВ. Требуют разъяснения механизм и стехиометрия секреции протонов. Эффекты известных соединенпй-разобщителей не обьясняются только нх относительной лппофпльностью и не находятся в прямом соответствии с пх константами диссоциация слабых кислот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
