Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 183
Текст из файла (страница 183)
Этот котранспортср сопрягает фосфорилирование— дефосфорилнрование ключевого остатка Азр с одновременным движением [Ча' и К' против их злектрохимических градиентов (рис. 11-37). Именно [ча'/К'-АТРаза отвечает за поддержание низкой ФФ: Фосфорнлнпонзпне облегчает работу Р-Еп. связывает 2 К+ снаружи клетки. Рнп.ф чи -ф зэ Хзе '' 2К Рис. [1-37. Предположительный механизм транспорта йа'/К'-АТРазой ионов йа и К'.
з нз" е е Мембранный потенциал е от — зело -то ыВ '1 / Мз дс -ЛТРззз ь + + ВнеклеточнаЯ [К+[ 4 ыМ жидкость или [Ыя ] = 14а ыМ плазма крови Рис. 11-38. Роль йа'/К-АТРазы в клетках животных. В клетках животных зта система активного транспорта отвечает прежде всего за установление и поддержание внутриклеточной концентрации Ма' и К' и за генерзцию трансмембранного электрического потенциала.
Это достигается переносом трех ионов Ма' из клетки на каждые два К+, поступающих внутрь. Электрический потенциал играет главную роль в электрической сигнзлизации в нейронах, а градиент Ма' используется для обеспечения котранспорта против градиента веществ в многих типах клеток. концентрации Ха' и высокой концентрации К' в клетке по отношению к таковым в мсжклеточной жидкости (рис. 11-38). На каждую молекулу АТР превра|ценного в АЕ[Р и Рь приходится два иона К, перемещенных внутрь, и три иона Ха', перемещенных наружу через плазматическую мембрану.
Следовательно, котранспорт представляет собой электрогенный процесс, приводящий к разделению зарядов на мембране; в клетках животных образуется мембранный потенциал от — 50 до — 70 мВ (отрицательное значение внутри клетки по сравнению со значением снаружи). Этим свойством обладают мноп[с клетки, а для проведения потенциалов действия в нейронах это имеет решающее «)зр «Р; Йенс Сноу ! т ЬЗЗФФГ~сзй' Ф ЛВР+Р; р, фф~ Н+ значение. Центральная роль )ча /К -АТРазы от- ражается в энергии, вкладываемой в одну эту ре- акцию, — она составляет около 50% всей энергии, расходуемой человеком в состоянии покоя! АТРазы Г-типа — 3то обратимые АТР-зависимые протонные насосы ЛТРазные активные транспортеры Г-типа катализируют трансмембранный перенос протонов Рнс.
11-39. Структура Г,Г;Атпээы/АТР-синтезы. АТРазы Г-тнпа содержат периферический домен Г» состоящий из трех а-субъедннюь трех Р-субъединмц, одной Ь-субъединнцы (фнолетовый цвет) и центрального стержня (т-субьеднннвд зеленый цвет). Интегральная часть АТРаз Г-тнпа Г, (оранжевый) имеет множественные копии с-субъеднницы, одну а- и две В-субъеднннцы. Г, образует трансмембранный канал, через который перекачивается в среднем четыре протона (красные стрелки) на каждую молекулу АТР, гидролизованную на Р-субъеднннцах Г,. Удивительный механизм, посредством которого этн два события сопрягаются, детально описан в гл.
19. Он включает вращение Г, относительно Г, (черная стрелка). Структуры Ч,Ч, н А,А, практически идентичны структуре Г,Г,. Сходным является, вероятно, и механизм нх действия. 11.3 Транспорт веществ через мембраны 1563! фдтТЖс й в«за '". !;,.::".9, Ф~ФФЗФ«кван 11ротонная Н+ ' АТР-сннтаза Рис. 11-40. Обратимость Атйзз Г-типа.
АТР-зависнмый протонный транспортер может также катализировать синтез АТР (красные стрелки), когда протоны движутся по злектрохнмичесному градиенту. 3то центральная реакция в процессах окнслительного фосфорнлирования и фотофосфорнлирования (оба подробно описаны в гл. 19). против градиента, приводимый в действие гидролизом ЛТР.
Название «Г-тип» происходит из определения этих АТРаз как энергосопрягакпцих факторов(ацгл. гасгогз). Интегральный мембранный белковый комплекс Г„(рис. 11-39; нижний индекс «о» -- от названия его ингибитора олигомиципа) образует трансмембранную пору для протонов, а периферический белок Г, (индекс 1 показывает, что он был первым из нескольких факторов, выдслсгпгых из митохондрий) является молекулярной машиной, которая использует энергию АТР для перемещения протонов против градиента (в область с более высокой концентрацией Н"). Система Г„Г, качаюших протоны транспортеров развилась, по-видимому, на очень раннем этапе эволюции.
Бактерии, такие как Е. сой, используют ЛТРазный комплекс Г„Г, в плазматической мембране для того, чтобы выкачивать протоны наружу, а архон имеют гомологичный протонный насос — АТРазу Л„Л» Реакция, катализнруемая АТРазами Г-типа, обратима; протонный градиент может поставлять энергию для того, чтобы запустить обратнун> реакцию — синтез АТР (рис. 11-40). АТРазы Г-тина, работающие в этом направлении, более принято называть АТР-синтазами.
АТР-синтазы играют главную роль при образовании АТР в митохондриях в процессе окислительного фосфорили- [564) Часть 1. 11. Биологические мембраны и транспорт ровапия и в хлоропластах при фотофосфорнлировании, а также у эубактсрий и архей. Градиент протонов, нужный для запуска синтеза АТР, образуется в результате деятельности других протонных насосов, которые снабжаются энергией окисления субстрата или солнечного света. Мы вернемся к деталын>му описанию этих процессов в гл.
19. АТР-азы У-типа (Ъ' от англ. г>асио)аг— вакуолярный), составля>ощие класс протонтрапспортирующнх АТРаз, структурно (и, возможно, по механизму действия) сходные с АТРазами Р-типа, ответственны за закисление внутриклеточных компартментов во многих организмах. Протонные насосы этого типа поддерживал>т в вакуолях грибов и высших растений рН между 3 и 6, т. е.
гораздо ниже, чем рН окружающего цитозоля (рН 7,5). АТРазы Ъ'-типа обеспечивал>т также закисление лизосом, эпдосом, комплекса Гольджи и секреторных везикул в животных клетках. Все АТР-азы Ъ'-типа имеют схолную струкгуру комплекса: интегральный (трансмембранный) домен Ъ'„, который служит протонным каналом, и периферический домен Ч>, который содержит АТР-связывающий сайт и обладает АТРазной активностью.
Механизм, посредством которого АТРазы Н-т>п>а сопрягают гидролнз ЛТР с переносом протонов против градиента, детю>ьно не изучен. АВС-транспортеры используют АТР длл запуска активного транспорта множества субстратов АВС-транспортеры (рис. 11-41) образуют болыпое семейство АТР-зависимых переносчиков, выкачнвакпцих аминокислоты, псптиды, белки, ионы металлов, различные липиды, желч ныс соли и многие гидрофобные соединения, в том числе лекарства, из клетки против градиента концентрации. Олин из АВС-транспортеров у человека мультилекарствеиный транспортер (МРК)Ь)1) отвечает за поразительную устойчивость определенных опухолей к действию противоопухолевых препаратов, в других случах эффективных.
МГ)К)ь)1 обладает широкой субстратной специфичностьк> к гидрофобным соединениям, включая, например, химиотерапсвтнчсскнс средства адриамицин, доксорубицин и винбластин. Выкачивая эти лекарства из клетки, транс- портер препятствует их накоплении> в опухоли и такимобразомблокируеттерапевтическиеэффскты.
МОК)ь)1 — интегральный мембранный белок (М„170 000) с 12 трансмембранными ссписптами н двумя АТР-связывающими доменами (якагсстази>ь), которые и дают название данному семейству: АТР-связывающие кассетные транспортеры (от ап гл. А ТР-Ь(пг)(пн саззе1 1ез Сгапзро>гегз). ° Все АВС-транспортеры содержат два нуклсотидсвязывающих домена (НВ1)) н лва ~рансмембранпых домена (рис. 11-41). В некоторых случаях все эти домены представляют собой один длинный полипептид; друп>е АВС-транспортеры состоят их двух субъед»ниц, причем каждая содержит НВГ) н домен с шсстьк> (или иногда десятью) трансмембранными спиралями. Хотя многие из АВС-транспортеров находятся в плазматической мембране, некоторые обнаружены также в эндоплазматическом ретикулумс и в мембранах митохондрий и лизосом.
Болыпинство АВС-транспортеров работают как насосы, но г>с> крайней мере некоторые члены этого супсрссмсйства функционируют как ионныс каналы, которые открываются и закрываются при гидро- лизе АТР. СРТК-транспортер (доп, 11-3) является С! -каналом, который приводится н действие п>дролизом АТР ХВ11 Рис. 11-41.
АВС-траиспортер Е. со6. Импортер витамина В>г ВтцСВ (РВР 10 1БТз) — гомодимер с 10 спиральными грзнсмембранными доменами (голубой цвет). Два нуклеотидсвязмвающих домена (НВВ; красные) зхспонироеанм в цигоплазму. Остатки, участвующие в связывании и гидро- лизе АТР, показаны в виде >ларосгержневых моделей. Продолжение па слефюп(еи с>праяице Канал закрыт К-домен дефосфорилирован АТР не связан с ХВВ Канал закрыт К-домен фосфорилирован АТР не связан с ХВС> Снаружи Ю К-домен фосфорилирован АТР связан с ХВС> нх нх нх .
К-домен (>Н-Бег) ООС ООС Рис. 1. Три состояния мембранного регулятора проводимости СЕТК. Белок состоит иэ двух участков, каждый иэ которых имеет по шесть трансмембранных спиралей; кроме того, на цитоплаэиатической поверхности иембраны находятся три функционально значимых домена: МВВ, и МВВ, (зеленые), которые представляют собой нуклеотидсвяэывающие домены, присоединяющие АТР а регуляторный домен (синий) является участком фосфорилироваиия под действием сАИР-зависимой протеинкинаэы. Когда этот К-домен фосфорилирован, но в доиенах МБВ не произошло связывания АТР (слеаа), канал закрыт. Связывание АТР открывает канал (в центре), который находится в таком состоянии, пока не произойдет гидролиз АТР. Если регуляторный домен не фосфорилирован (спрааа), он связывается с доменами МВВ и предотвращает связывание АТР и открытие канала.
Наиболее распространенной мутацией, приводящей к развитию кистоэного фиброэк является делеция остатка Р)>емз в домене МВЭ> (слева). СЕТК вЂ” типичный АВС-транспортер, ио имеет две особенности: во-первых, в большинстве АВС-транспортеров отсутствует регуляторный домен, во-вторых, СЕТЕ выступает в роли ионного канала (для ионов С1-), что нетипично для переносчика. Кисгозный фибров (КФ) — серьезное и довольно распространенное наследственное заболевание человека. Около 5% белых американцев являются сп> носителями, онн имеют одну лш)>ектиук> и олпу нормальную копии соогветству>ощего гена. Только у люлей с двумя дефектными копиями проявлякжся выраженные симптомы Гк>лезин: закупорка желудочно-кишсчпого тракта и дыхательных путей, обычно приводящая к бактериальной инфекции и смерти из-за лыхатсльной недостаточности в и>эрасте до 30 лет.
При КФ тонкий слой слизи, который в норме покрывает внутреннюю поверхность легких, становится ненормально толстым, преграждая путь потоку воздуха и давая прик>т патогенным бактериям, особенно угарйу(ососсиэ аигепт и Рмше(ошопаэ ае>ид>полз. 11.3 1раиспорт веществ через иеибраиы (565] Дефектный ген у пациентов с КФ был открыт в 19В9 >. Он копирует мембранный белок. называемый мембранным регулятором проводиьюсти (СРТК от англ. оуэнс Ябп>зм Згапэ>петбгопе соп>эис>апсе геди>огог).
В атом белке лва сегмента, каждый содержит шесть трансмсмбранных спиралей, лва нуклсотндсвязываюших домена (ХВ(1) и регуляторный участок (рис. 1). Таким образом, СРТК очень близок по строепик> к АВС-транспортерам. В норме СРТК работает как канал, специфичный к ионам С1'. Канал проводит ионы хлора через плазматическук> мембрану, котла оба ХВВ связваны с АТР а когда АТР иа одном из ХВО разла>ается на АВР и Р„он:>акрыва- [566] Часть!. 11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
