Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Окислвтельиие фвсфприднрввание 81 таблица !45 Компоненты мнтохонлрнальнон пенн переноса зчктронов. )Ре Ргеггеэ.и'., Егвьыг), Апп. Нет. В!осйею., 46, 2!5 (19778 Локализация связывающих участков" Масса, кда !1ростетическа» Ферментный «омпяекс группа М-сторона УС Ц-сг арона ГМЫ Ге-5 РАР Ге-5 Гем Ь Гем с, Ее-5 Гем с 850 ЫАРН НАРН-Сз-ревуктаза Сукцинат.()-релуктаза Сукпиназ ('.! Циточром с гбО Янг-цитохром с Цизохром с, Цизохром с пи|стром г Циточром г От Гс.м е Гем и, Са Цитохром-с — оксилаза " Все «омпоисигы — интегральные мембранные белки, ро г тохр, р л в. ге бо яолорасг оримый периферический мембранный белок, и кофермегаа (), козорый явяяюся лнпгглорасзворимым хнноиом.
М- стропа- поверкиость, обрашенная ь матрнксу. У(' — углеволоролная серелина н Ц-сторона †поверхнос внутренней митохонлриаяьной мембраны, обрашениая к цитоплазмс. Часть 1!. Генерирование н хранение энергии 82 цепи переноса электронов в большой мере способствовало использование субмитохондриальных частиц, образующихся при озвучивании митохондрий (рис.
14.10). Наружная поверхность субмитохондрнальных частиц соответствует обращенной к матриксу поверхности внутренней мембраны интактной митохондрии. Таким образом, обе поверхности внутренней митохондриальной мембраны †обрашенн к цитоплазме поверхность в интактной митохондрии и обрашенная к матриксу поверхность субмнтохондрнальных частиц †доступ экспериментальному исследованию. Расположение белковых компонентов дыхательной цепи в этих препаратах изучали, используя протеолитические ферменты, спепифическне антитела, лектины и не проникающие через мембраны меченые реагенты.
Например, субъединицы И, )Гн (Г) цитохромоксидазы могут быть помечены только со стороны матрикса. Цитохромоксидаза связывает цитохром с исключительно на цитоплазматической поверхности и перекачивает протоны только в одном направлении. Эти эксперименты и аналогичные исследования, проведенные с МАРН-()- редуктазой и ОНл-цитохром-с — редуктазой )табл. 14.2), показали, что все тро зала(акти(ое энергию системы пронизывают насквозь ви>треоиую .читахаидроальиую мембрану и ориентированы игим.четричиа.
Откуда берутся транслоцируемые протоны? Одна из возможностей состоит в том, что это -протоны, которые непосредственна участвуют в химических реакциях, казализируемых указанными тремя системами. Например, когда )ч)АРН передает два электрона на )(ГАРН-9- релуктазный комплекс, в этот пропесс включаются два Н вЂ” олин от самого )(ГАРН и второй из растворителя. Согласно другому предположению, транслоцируемые протоны могут возникать иепрлмыч нутелг, ири канфарчаг(ионных взаи.модействиях между каталитическим и белоксвязываюшим центрами в различных участках ферментного комплекса.
Стехиометрия реакций переноса электронов говорит о том, что только олин протон в расчете на электрон илн два протона на каждый запасающий энергию участок (пункт фосфорилирования) могут быть «перекачаны» посрелством прямого механизма. В то же время отношение Н'(участок, запасающий энергию, находится, как оказалось, в интервале от 3 до 4, что не согласуется с прямым механизмом процесса.
Представляется ве- Рис. 14ЛО. Электронные микрофоэ.аграфии. г( - субмнтохондриальная частица с выступами Г, иа ее поверхнос<н; Б †.субмитохондриальная частица, обрабоэанная мочевипой, удаля<ошей выступы Г,: Б — изолированные Г, н Г-реконструированная субмитохоидриальная частица, образованная путем добавления Г, (фактора со~ряжения) к «ободранным» мембранам. Частииа, показанная па рис.
Б, может переносить электроны па Оэ, но неспособна к образованию АТР. Реконструированная частица, показанная на рис. Г, осуществляет окислительнос фосфорнлирование. (Печатается с любезного разрешения л-ра Е(гаип Касйег.) роятным, что перенос электронов через кансдый эипш а<ощий энергию участок вьпывиет перез<ел<ангщие<э< конформации<и<в<с иэ.пене«ил, которые <э<особ<'тат<от переходу протонов иэ .читрик< ной стороны на цип<оллаэмшлическую сторону .че,ибра~ы. Напомним, что протоны, участвующие в 'эффекте Бора в гемоглобинс, поступают нз 14.
Окнслительнве фосфорвлирование 83 участка молекулы, отдаленно<о от группы <ема (разд. 4.16). 14.8. АТР синтезируегся прн обратном токе протонов в матрице через протонные каналы Обратимся теперь к использованию протонного градиента для синтеза АТР.
Фермент, катализирующий этот процесс, выявляется на эдсктронных микрофотографиях субмн<охондриальпых частиц в виде сферических выступов на поверхности (рис. 14.10). В нпгактных ми<охондрнях <акне выступы находятся на <ой стороне внугренней мигохондриальной мембраны. которая обращена к матриксу. В 1960 г. Эфраим Рэкср (Рбга!гп Бас)<ег) обнаружил. что э<и округлые выступы (диаметром 85 А) можно улалить механическим встряхиванием. «Ободранные» субмигохондриальныс час< ипы сохраняют способность к переносу электронов по своей цепи переноса электронов, но синтеза АТР прн этом более не происходит.
Отделившиеся же выступы диаметром 85 А катализируют гидролиз АТР. Но самым интересным в наблюдениях Рэкера оказался следующий факт: добавление таких АТРазных выступов к «ободранным» субмитохопдриальным частицам восстанавливало их способность синтезировать АТР. Эти выступы называют <опрлганнциз< фак- таблице 14З. Компоиеизы Лтр-синге»пру им о омаЛЕКСа МазалааДРИй (ПЕ Рика 3. ВУ., Е>па<Ее Ум Лии. Иеа. Вюсйеиы вб;21б, 19773 Роль Локализация Субъелииицы Масса, кда 360 Содержит ка- Сферический галигичес- выступ иа кий участок мазричиой для сиигеза стороне АТР Г, 53 50 зз 17 7 Го 29 Содержит про- Траисмембтонный ка- раина» иал 22 !2 8 >О иигибигор Г, Регулирует еСгебелекь ток прото- межлу Го и иов и синтез Г, хт Белок, обусло- вливаюгций чувсгвигель- вость к оли гомицииу Гс,(ро) Часть И.
Генерирование и храиеиве эиерпщ тором 1, или Г,. Физиологическая роль Г, состоит в том, чтобы каталиэировать синтез АТР. АТРазная активность, проявляемая солюбилированным Г, (в отсутствие протонного градиента];результат обращения присущей ему физиологической реакции. Г,-компонент, масса которого составляет 360 кДа и который содержит пять видов полипептидных цепей (табл. 14.3), представляет собою только часть АТР-синтезирующего механизма митохондрий. Другой важный компонент этого комплекса-Го, гидрофобный сегмент из четырех полипептидных цепей, «заякореннный» на внутренней митохондриальиой мембране. Го — это протон><ый канал комплекса.
«Стебелек» между Г, и Г, включает некоторые другие белки (табл. 14.3). Один из них сообщает комплексу чувствительность к олигомицину, антибиотику, блокирующему синтез АТР путем нарушения использования протонного градиента. Ток протонов через канал Го от цитоплазматической стороны мембраны к матриксу приводит к синтезу АТР, осуществляемому Г,. Каким образом ток протонов оказывается сопряженным с синтезом АТР? Как и в случае перекачки протонов, здесь возможны прямой и непрямой механизмы. Существует предположение, что ток протонов непосредственно действует на реакцию синтеза АТР.
Согласно этой схеме, Р, активируется и одновременно взаимодействует с АРР, образуя АТР. Существует и другое прелположение, а именно что сопряжение тока протонов с синтезом АТР осуществляется ну~ем конформационных изменений, передаваемых через ферментный комплекс. 14.9. Электроиы от цитоплазматическего МАРН поступают в митохондрии при помощи глицерофосфатиого челночного механизма Интактные митохондрии непроницаемы для МАРН и МАР'. Как же тогда происходит окисление цитоплазматического МАРН дыхательной цепью? МАРН образуется в процессе гликолиза при окислении глицеральдегид-3-фосфата.
Чтобы гликолиз продолжал функционировать, должно происхолить генерирование МАР". Решение этой проблемы состоит в том, что через митохонлриальную мембрану переноси~ей не сам ХА1)Н, а отдаваемые и,ч электроны. Одним из переносчиков является г<тцерол-З-фосфат, который легко прохолит через наружную митохондриальную мембрану. Первый шаг в этом челночном механизме (рис. 14.11) — перенос электронов от МАРН на лигидроксиацетонфосфат с образованием глицерол-3-фосфата. Эта реакция, катализируемая глицерол-3-фосфат — дегидрогеназой, протекает в цитозоле.
Глицерол-3 — фосфат поступает затем в митохондрии, где ои снова окисляется в дигидроксиацетонфосфат при участии ГАР— простетической группы дегидрогеназы, которая связана с внутренней митохондриальной мембраной. ГАР-зависимая глицероллегидрогеназа митохондрий отличается от МАР'-зависимой глицерол-легидрогеназы цитозоля.
Образовавшийся при окислении глицерол-3-фосфата дигидроксиацетонфосфат далее диффундирует из митохонприй в цитозол>ь завершая челночный процесс. дигидро«еиицитои фоефит Гиицирои 3 фоофит няон сн,Он но — с — н СН20Р01г ! диффуидируит и митохондрии Сн,сн нΠ— С вЂ” н СН ОРО,' СН ОН С=.О СН,ОРОег + н' иле+ В цито»о»в диффуидирует и цито»он» (Е-РАОНД~ Е.ЕАО В иитохоидриях СН ОН С=-0 СНгОРО,г 14. Онислительное фас фарилиров ание Рис. 14.11. Глицеролфосфатный челноч- ный механизм. Суммарная реакция может быть изоораже- на следующим образом: мАРн + н' х — тх» Цито- Митохонплазма- лриаяьный тический Восстановленный флавии внутри митохондрий переносит свои электроны на дыхательную цепь на уровне кофермента О. Таким образом, при окислении дыхательной цепью ХАТУН, который переносится глицеролфосфатным челночным механиэ.мом, образуются две, а не три молекулы АТР.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
