Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 184
Текст из файла (страница 184)
Биологические меибраны и транспорт ется. Хлорный кацач регулируется фосфорилированнсм нескольких остатков Бег в регуляторцом ломснс и каталнзируется сЛМРчшвисимой нротеинкиназой (гл. ! 2). Котла регуляторный ломсн цс фосфорилироввн, С1 -канал закрыт. Мутация СГТК, приводящая к развитию КФ, в 70% случаев — зто деления остатка Рйс в положении 508.
Рсзультатолч является неправильная укчадка мутантноп> белка и, следовательно, нри включении его в плазматическую мембрану— умснынснис провслсния С! через мембраны клеток эпителия, выстилающего дыхательные нуги (рис. 2), пищеварительный тракт и железы внешней секреции (цоджелулочная железа, потовые железы, жслчныс протоки н семявыносящис протоки). Ослаблению акснорта С! сопутствует умснынение выделсния воды из кчсток, приволящсс к тому, что слизь на их поверхности высыхает. утгщщается и становится чрезмерно липкой. В норме реснички на эпителиальных клетках, которые выстилают внутреннюю поверхность легких, непрерывно выбрасывают прочь бактерий, которые оседают ца слизи, но утолщенная слизь апителиальных кчетках у людей, больных КФ, Нуклсотидсвячывающис домены вссх АВС- белков имеют похожие аминокислотные последовательности и, по-видимому, сходнук> трехмерную гтруктуру; они представляют собой консервативный молекулярный мотор, который можст сопрягаться с множеством насосов и каналов.
При сопряжении с насосом ЛТР-зависимый мотор перемещает вещества против градиента концентрации; при сопряжении с ионным каналом мотор открывает и закрывает канал, используя АТР как источник энергии. Стсхиометрия ЛВС-насосов такова: примерно одна молекула АТР гидролизуется при переносе одной молекулы субстрата, но ни механизм сопряжения, ни участок связывания субстрата неизвестны. Некоторые ЛВС-транспортеры обладают очень высокой специфичностью к одному субстрату; другие менее «разборчивык Геном человека содержит по крайне мере 48 генов, кодирующих ЛВС-транспортеры, многие из них участвуя>т в поддержании состава и состояния лппидного бислоя, а также в транспорте стеринов, их производных и жирнь>х кислот в организ- Рис.
2. Слизь, выстилающая легкие, улавливает бактерии. В здоровых легких зти бактерии уничтожаются и выбрасываются с помощью ресничек. При КФ бактерицидная активность нарушается, что приводит к повторныи инфекциям и прогрессирующему порюкению легких. препятствует этому процессу. 1 !остов нное действие таких бактерий, как 5. аигеиз и Р. аеп>8!поза. все сильней и сильней повреждает легкие и уменьшает эффективность дыхания. Распространенной причиной сл>ерти лх>дей, гтрадахицих КФ, являкпся респираторные заболевания. мс. Флиппазы, которые псренооп мембранные липиды в бислос с одного монослоя па другой, тоже АВС-транспортеры; ЛВС-транспортер в своем составе содержит и клеточный аппарат для экспорта избытка холсстсрина. Мутации в генах, ко~орые кодируют некоторые из этих процессов, обусловливают генетические заболевания, в том числе кистозный фибров (доп.
11-3), танжсрскую болезнь (доп. 21-3), дегенерацию сетчатки, анемию и печеночную недостаточность. АВС-транспортеры есть и у более простых животных, и у растений, и у микроорганизмов. Дрожжи несут 31 ген, кодирукцций АВС- транспортеры, у мушки р. 1)гохорЫа нх 56, у бактерии Е. со!1 — 80 (2% всего генома). Присутствие АВС-транспортеров, которое придает патогенным микробам устойчивость к антибиотикам (Рзе>и(отопил аегий(поза, агар!>у1ососсиз аигеищ Санди)а а1Ь(сапщ гчепзег!а ропогг1>оеае, Разтог)(ит )аЫрагит), имеет самое серьезное отношение к проблемам здоровья человека и делает эти транспортеры привлекательной мишенью для создания лекарств. ° Неренненнне нюнеюнн (;>нные>сн»рн>нн Ор>юнин>>кань|>нн нл>тнн «рннненгн) б: :г»11 Ла> т>аа 11рп.
пш Донато>нанни* н>н лнгы )й на;оэа Аппп>ло>с.'>г>>'и Са" Н' Антипорт Антипорт Н' Переносчик лактозы (лактозопермеаза) Е. сод — хорони> изученный прототип переносящих протоны транспортеров. Этот белок щютоит из одной полипептидной цепи (417 остатков), которая функционирует в виде мопомера, осуществляя перенос одного протона и одной молекулы лактозы в клетку и обеспечивая накопление лактозы (рис.
11-42). У Е. сг>11 градиент п)ютонов и заряда на плазматической мембране образуется, как правило, при окислении пищи, энергия окисления Ингнбнрование окисления топлива СН Топливо Н+ ' '--и н' 1Лактоэа)„н Лантоэа (внутрн) н' Врсмн Рнс. 11-42.
Поглощение лаатозы у Е. соИ. а) Первичный транспорт Н' из клетки, приводимый в действие посредством окисления разнообразного топлива. создает и протонный градиент, и электрический потенциал на мембране (отрицательный внутри). Вторичный активный транспорт вахтовы в клетку включает симпорт Н' и лантозы транспортером. Поглощение лантозы против градиента ее нонцентрации полностью зависит от этого тока Н' внутрь движимого электрохимичесним градиентом. б) Когда поставляющие энергию окислительные реакции метаболизма блокируются цианид-ионом (СН ), транспортер лактозы устанавливает равновесие лантозы внутри и вне клетки путем пассивного транспорта. Мутации, которые влияют на 61п»> или Агй>е>, оказывают такое же действие, нак цианид-ион.
Пунктирная линия показывает концентрацию лантоэы в окружающей среде. Кю>н пшк, нова~ (»1>шош шин) Клетки позвоночных (многихтипов) Высшие растения Грибы (р. №ип>язона) Ионные градиенты снабжают энергией вторичный активный транспорт Ионные градиенты, образукициеся при первичном транспорте Ха' или Н", могут в свох> очередь обеспечивать движущую силу для котранспорта других веществ. Многие типы клеток содержат транспортные системы, которые сопрягают спонтанныйй поток ионов по градиенту с одновременным закачиванием против градиента другого иона, сахара или аминокислоты (табл. 11-4). Транспортер н е Проз>>нный насос лантоэы Не (нпгнбнрустсн СХ > Лактоза,, Н Н> ('> нрс>ч ),, Н' н' сот 11.3 транспортвеществ черезмембраны 1567) Котрнненнр>нруемне н> "вне ген (лннж> ген ан грн>в>ен>т) Тнн трннд~к~р~а 11' Симон»т 11"' Спмпор> Н .
С ни>н>р> Ма' Спчпорг Х>г Снп>ю>п )ча' Антипорт Рис. 11-43. Транспортер яактозы (лактозопермеаза) Е. соИ. а) Представление белка в виде ленточек, рассматриваемых параллельно плоскости мембраны, позволяет увидеть 12 трансмембранных спиралей, расположенных в двух почти симметричных доменах (окрашены в синий цвет разной интенсивности).
С зтой формой белка, дяя которой определена кристаллическая структура, сахар-субстрат (красный цвет) связывается близко к середине мембраны, где он экспонируется в направлении цитоплазмы (источник РОВ 10 1Р77). 6) Предположительная вторичная структура транспортера восстановлена из первичной по большим обратимым изменениям конформации ври которых два домена отклоняются друг от друга, зкспонируя субстратсвязывающий сайт сначала в периплазму (струкшура справа), когда лактоза «подхватывается», затем в цитоплазму (слева), когда яактоза высвобождается.
Взаимопревращение двух форм приводится в действие изменениями в спаривании (зависящем от трансмембранного протонного градиента) заряженных (способных протонироваться) боковых цепей, таких как цепи в 61вкв и егози (зеленый цвет). 1568] Часть1. 11. Биологические мембраны к транспорт используется для выкачивания протонов наружу (Этот механизм подробно обсуждается в гл.
19.) Липидный бислой непроницаем для п)клонов, но переносчик лактозы обеспечивает дорозу лля возвращения протона, а лактоза одновременно переносится внутрь клетки (симпорт). Энлсргоническое накоплснис лактозы сопряжено, таким образом, с экзергоническим входом протонов в клетку, и для суммарного процесса ц6 < О. Транспортер лактозы — один из представителей главнопзсуперсемейства облегчающихтранспорт факторов (МГЯ вЂ” от англ.
пиуог~аайлйт зирст/агл(1у), которое охватывает 28 семейств. Почти все белки в этом суперсемействс содержат по 12 трансмсмбранпых доменов (за исключением нескольких, имекпцих 14). Белки обладают сравнительно небольшой гомологией последовательностей, но сходство их вторичной структуры и топологии свидетельствует об одинаковой третичпой структуре. Криствллографический анализ транспортера лактозы Е.
сой, проведенный Роном Кэбаком и Соу Иватой в 2003 г., позволяет получить представление об этой структуре (рис. 11-43, а). Этот белок содержит 12 трансмембранных спиралей и связывающие петли, которые «высовываготсяь в цитоплазму или периплазма- тнчсскос пространство. Все шесть )Ч-концевых и шесть С-концевых спиралей образуют очень похожие домены, давая структуру с нестрогой двусторонней симметрией.
В кристаллическом белке большая водная полость экспопирована с цитоплазматической стороны мембраны. Субстратсвязывакнций сайт находится в этой полости примерно в средней части мембраны. Сторона транспортера, обращенная наружу (периплазматическая сторона),накрспкозакрыта,такчтонетдостаточнобольшого канала для входа лактозы. Предполагаелзый механизм трансмембрашюго переноса субстрата (рнс. 11-43, б) включает колебательное лвнжсние между двумя доменами, осуществляемое связыванием субстрата и движением протона, при этом субстратсвязыввкзщий сайт попеременно экспонируется в цитоплазлзу и периплазму. Эта модель, называемая моделью качающегося банана, схолна с моделью для СШТ1 (рис.
11-31). Как движение протона в клетку сопряжено с поглощением лакпщы? В результате обширных генетических исследований транспортера лактозы установлено, что из 417 аминокислотпых остатков в белке только шести совершенно необходимы для котранспорта Н' и лактозы — одни для связывания лактозы, другие для транспорта прото- 11.3 Транспорт веществ через мембраны [569[ нов.
Мутация в одном из двух остатков (С!пзтв и Агязвт; рис. 11-43) приводит к тому, что белок еше способен катализировать облегченную диффузию лактозы, но не способен сопрягать поток Н' с переносом лактозы против ее градиента. Сходный аффект наблкадается для клеток дикого типа (без мутаций), когда их способность генерировать протонный градиент блокируется СХ -ионами; переносчик выполняет облегченную диффузию нормально, но не может перекачивать лактозу против градиента концентрации (рис. 11-42, б).
На баланс между двумя конформациями транспортера лактозы влияют изменения в образовании пар зарядов между боковыми цепями. В эпителиальных клетках кишечника глюкоза и некоторые аминокислоты накапливаются посредством симпорта с движением й)а' по градиенту, созданному Ха'/К'- АТРазой плазматической мембраны (рис. 11-44). Апикальная поверхность клетки кшпечного эпителия покрыта микровор- Апиквльнвя поверхность Бвввльнвя поверхность Полость кмшечимкв Микро во)кинли йк Медно лояльная в, ив~ 2 ха+во ;-'В[в в ," ' " — С) К1«,юмя (~ . р,Л~Р;а, а . Гл ююмн ьы Г)тер Сьт)Т2 чъж ~ «1« хс >н по градиенту) Мв-г,око»в симпортер (ориводится в,к йкФнк высокой концентрацией вне«я«точного Ха') Ркс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
