Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Формулы двух разобщителей окислительного фосфорилирования. Эти растворимые в липидах соединения могут переносить протоны через внутреннюю митохондриальную мембрану. Отшепляюшийся протон показан красным цветом. в этой ткани могут выполнять функцию генераторов АТР, или миниатюрных обогревательных печей. Сугцествует интересное сообщение о 38-летней женщине, которая была не в состоянии выполнять прололжительную физическую работу. Основной обмен у нее более чем вдвое превышал нормальный уровень. но функция щитовидной железы не была нарушена. Биопсия мышцы показала, что митохонлрии в ней очень многообразны и атипичны по структуре.
При биохимических исследованиях выяснилось, что эти митохондрии нс подвержены дыхательному контролю. АРАОН в них оьислялся независимо ог присутствия А(3Р. Друс ими словами, в них оннутствовало тесное сонрямсенив окисления и фосфорилирования. Отношение Р: О было ниже нормы. Таким образом, у этой больной значительная часть энерыти топливных молекул превращлплсь не н АТР, а л тепло.
Природа молекулярного лефекта в таких митохондриях пока не расшифрована. зает протонолвижущая сила, обусловливающая перенос протонов через внутреннюю мембрану митохондрий. Потеря дыхательного контроля приводит к тому, что поглощение О, и окисление ХА)ЭН повышается. В то же время ДНФ не оказывае~ влияния на субстратное фосфорилирование. В силу своего специфического действия на дыхательную цепь ДНФ и другие разобщители служат ценным инструментом при исследованиях обмена веществ. Разобщение окислительного фосфорилирования может быть биологически полезным.
Оно представляет собою способ генерирования тепла для поддерэюаиия темнвритуры тела у эимнесняи)их ясивотньсх, у нскоторых новороэкденных .нси" ватных и у млвколитаюисих, адантированнът к холоду. Для этого процесса тврлсогвнвэа специализирована бурая жировая ткань, очень богатая митохондриями. В качестве разобшителей в ней выступают жирные кислоты, высвобождение которых в свою очередь регулируется норадреналином. Таким образом, степень разобщения окислительного фосфорилирования в бурой жировой ~кани находится под гормональным контролем. Митохондрии Часть И. Генерирование н хранение энергии 14.15.
Трехмерная структура цитохрома с Е1итохром с — единственный из белковых переносчиков электронов, который можно путем мягкой обработки отделить от внутренней митохондриальной мембраны. Растворимость этого периферического мембранного белка в воде облегчает его очистку и кристаллизапию. Действительно, о структуре цитохрома г известно значительно больше. чем о структуре какого-либо другого белка переносчика электронов. Нитохром с состоит из одной 104-членной полипептидной цепи и присоединенной к ней ковалентно группы гема, Трехмерную структуру ферро- и ферриформ цитохрома с раскрыл Ричард Дикерсон (К(сЬагд (3(с(сегвоп) с разрешением, близким к атомному (рис.
14.14). Белок имеет почти сферическую форму диаметром 34 А, Группа гема окружена многочисленными плотно- упакованными гидрофобными боковыми цепями. Атом железа связан с атомом серы остатка мстионина и с атомом азота остатка гистидина (рис. 14.15). Гидрофобный характер окружения гема обусловливает большее положительное значение окислительно-восстановительного потенциала цитохрома с (соответствующее более высокому сролству к электронам), чем в случае того же самого комплекса гома в водной среде.
Удаление электрона из гома в составе цитохрома с является знерге- Рнс. 14.14. Трехмерная структура восстановленного цигохрома с тунца. Показаны группа 2сма (окрашено красным), метионин-80 (окрашено синим), гисчидин-(8 (окрашено синим) н з-углеродныс атомы [Та(сапа Т.. Кайа( О.
В., Бчиапзоп к., О(с)сегвоп К. Е., 1. Вю!. с)сеш., 248, 5244 (1973).] тически менее выгодным, чем его улаленне из тема в воле, потому что в цигохроме с диэлектрическая постоянная вблизи атома железа ниже. Общая структура молекулы может быть охарактеризована как оболочка толщиной в олин остаток, плочно окружающая гем. Гидрофобные боковые цепи образуют внутреннюю часчь оболочки. Далее идет главная цепь, за ней следую г несущие заряд боковые цепи, которые размещаются на поверхности.
Имеется очень маленькая а-спираль, ()-складчатые слои отсутствуют. По существу полипептидная цепь обернута вокруг гема. Остатки с 1-го по 47-й находятся со стороны гистидина-!8 группы гема (названной правой стороной), остатки с 48-го по 91-й-на стороне метионина-80 (названной левой стороной). Остатки с 92-го по 104-й нлуч обратно через гем нв его правую сторону. 1 Н С=С вЂ” СН,— 2 С=гч Н,С Мес-80 СН2 СН у Н22-28 группа гвна Рис. 14.15. Атом железа гемовой группы в цитохромс с связан с мечиониновой и гистидиновой боковой цепью. 14. Окисяительиое фосфорилироввиие 14.16. Взаимодействие цитохрома с с его редуктазой и оксидазой Как уже указывалось ранее, цитохром с переносит электроны от ОН2-цитохромс — редуктазного комплекса (второй запасающий энергию участок) к цитохром-с— оксидазному комплексу (третий запасающий энергию участок).
Как взаимодействует цитохром с со своей релукчазой и затем со своей окснлазой7 Важным подходом к разрешению этого вопроса является изучение распределения заряженных остатков на поверхности белка. В молекулах цитохрома е всех изученных до снх пор видов имеются кластеры лизиновых боковых цепей вокруг гемовой щели на одной поверхности белка (передняя часть рис, 14.14). Распределение зарядов иа поверхности 2)итахрома е, иа всей вероятности, играет илредеяеннум ра,сь в распознавании и связывании редукнгизы и оксидизьс. Например, взаимодействие пигохрома с с цнтохромоксидазой нарушается при модификации лизина-!3.
Кроме того, полилизнн конкурирует с цитохромом с эа связывание с обоими ферментами. Каким образом цитохром е акцепчирует с редуктазы элехчроны, которые он эасем отдает оксндазс7 А рпоп здесь возможны два механизма. Перенос элсктронов между группами гема различных белков может осуществлясься ароматическими боковыми цепями. Другая возможность-это прямой перенос электрона от одного гема к другому. Важно отметить.
что электрон, переносимый гемом, не обязательно тяготеет к его атому железа. Он скорее частично дслокализован над всей конъюгированной я-электронной сетью ге- ма. Следовательно, электрон может переносигься ог одного ~ема к другому. сели их края достаточно сближены (отстоят мсисс чем на 8 А) и их плоскости примерно параллельны.
Прямой механизм переноса электрона представляется более вероятным из-за очень большой величины свободной энергии, требуемой для образования свободнорадикального аннана ароматической боковой цепи. Кроме того, один из краев тема в питохроме с (передний край на рис. 14.14) доступен для прямых реакций. участвующих в переносе электронов. Рис. 14.16. 14Л7. Конформация цитохрома с оставалась в основном настоянной в течение миллиардов лег Цитохром с имсстся у вссх организмов, обладающих митохоидриальными дыхательными пепями: растений, животных и эукариотических микроорганизмов. Этот переносчик элек тронов возник более 1.5 млрд.
лет назад, до того, как произошла дивергенция на царство растений и животных. Его функция сохранялась неизменной в геченне все~о э~ого периода, о чем свилетельствует гот факт, чпю Иитохром с лньбого вида )укирнот реогиртет т гаго с иитотромокгтдозой лнэбого другого исс.ндованного к настоян)еиу времсни види. Например, питохром с из заролышей пшеницы реагируег с цигохромоксидазой из ткани человека, Второй критерий сохранения функции-близость значений окислительно-восстановительного потенциала лля всех молекул цитохрома с (около + 0,25 В).
Третий критерий †поч полная илентичность спек)ров поглощения молекул цитохрома < различных видов. Действи~ельно, цигохромы г)екогорых прокариот, такис, как цитохром с, фотосинтсзируюших бактерий и цитохром с,,о левитрифипируюших бактерий, очень близки к питохрому с из митохонлрий серлпа тунца (рис. 14.16). Эмиль Смит.
Эмануэль Марголиаш (Епп! Бш|(п, Ешаппс! МагйойаяЦ и др. определяли аминокислотную последовательность питохромов с от более чем восьми далеких друг от лруга видов эукариот. Сши обнаружили поразительный фак ~— оказалось, что 26 из )04 остатков сохраня.юсь инварионтными в течение более полг- Часть Н. Геггерирование и хранение энергии Сохранение трехмерной структуры цитохрома с в ходе эволюции на примере сходства конформаций цитохрома с из митохондрий сердечной мышцы тунца (А), цитохрома сз из Вйодгжр(г|))ит гийгипь фотосиитезируюшей бактерии (Б) н цитохрома с„„из Рагасоссиз деп)гг((!саик денитрифицируюшей бак терни (В). (Ва1апппе, Воспроизведено по разрешеншо из Апина! Кеч!еп о( В!ос)геш(з)гу, м 46, 1977, Апппа1 Кезч)егия 1пс.) Электронный потенциал Ьг Активиыи траналорт Образование тапка Вращвиив бактариальнык жгутиков Си«таз НАПРН АТР Р Рис.
14Л7. Протонный градиент взвимопреврашаюшаяся форма 14. Онвелвтелызпе свободной энергии. фасфорилирование 91 гоара энылиордоп аегн >возня)ии. Теперь, когда известна пространственная структура молекулы, становя>ся очевилными причины такого постоянства большинства из этих остатков. Как можно было ожилать, инвариантными являются гемовые лиганды мегионин-80 и >истидин-18, гак же как два цистеина, ковалентно связанные с гемом. Последовательность из 11 остатков )с 70-го по 80-й) почти олинакова во всех молекулах цитохрома е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
