Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 208
Текст из файла (страница 208)
Ха К'- насос помогает поддерживать осмотическое равновесие, откачивая 1ча', просочившийся в клетку по электрохимическому градиенту. С1 не проходит в клетку благодаря мембранному потенциалу. В случае красных кровяных клеток человека, у которых отсутствует ядро и другие органеллы, а плазматическая мембрана обладает высокой проницаемостыо для воды, осмотическое движение воды может значительно влиять на объем клеток, и Ха'. ' К" - насос играет важную роль в поддержании допустимого объема эритроцитов. Если эти клетки поместить в гипотоническттй раствор (т.е.
раствор с низкой концентрацией растворенных веществ и„следовательно, высокой концентрацией воды), вода начинает идти в клетки, в результате чего они набухают и разрыва ются (происходит лизис); и, наоборот. если клетки поместить в гипертонический раствор, они сжимаются (рис. 11.16). Роль 1т)а'. К насоса в регуляции объема эритроцитов установлена после обработки клеток инпгбитором Ха+ К+.насоса уабаином, которая приводила к набуханию и разрыву клеток. Однако в большин стае животных клеток осмос и 1ча" К+ насос играктт неболыпую роль в регуляции клеточного объема, пгзскольку большая часть цитоплазмы находится в гелеподобном состоянии и сопротивляется значительным изменениям ее объема в ответ на из менения осмолярности.
зубчатый набухший лизированный нормальный ЭРИТРОЦИТ концентрация ионов во енеклвточном пространстве гипертонический раствор сильно гипотонический раствор изотонический раствор гипотоническии раствор Рис. 11.16. Ответ красным клеток прови человека на изменение осззопярности внеклеточ ной жидкости Клетки набухают или сжимаются при движении воды в клетку или из нее по градиенту концентрации. Кпетки других животных справляются с осмотическими проблемами разными способами.
Ктетки растений и многих бактерий не могут разорваться благодаря окружающей их плазматическукт мембрану полужесткой клеточной стенке. У амеб осмотически проникающая в клетки избыточная вода заключается в сокраппельные вакуоли, которые периодически опорожняются во внешнюю среду (смотри приложение 11.1). Бактерии также обладают механизмами быстрого выведения ионов и в некоторых случаях даже макромолекул под воздействием осмотического шока. 11.2.7.
АВС-переносчики составллзот самое большое семейство мембранных транспортных белков Последним типом белков-переносчиков является семейство АВС-транспортеров, названных таким образом потому, что каждый белок несет два высококонсервативных АТРазных домена или АТР-связывающих «кассеты» (АТР.В1пг11пп «Сэззегтез) Т024 Часть(тз (биутринняи оРгаииаации клетки трио. ($.(7). Связывание АТР приводит к димеригации двух АТР связывающих доменов, а гидролиз АТР— к их диссоциации.
Предполагается, что эти структурные изменения цитоплазматических доменов передаются на трансмембранные сепчен.гы. В результате происходят дальнейшие конформационные перестройки, за счет которых сайты связывания субстрата становятся доступными сначала на одной стороне мембраны, а затем на другой. Таким образом, АВС переносчики используют связывание и гидролиз АТР для транспорта малых молекул через бислой. АВС транспортеры ссютавляют самое большое семейство мембранных транспортных белков. Они имеют огромное медицинское значение.
Первым был охарактеризован бактериальный белок этого семейства. Мы уже упоминали, что плазматическая мембрана всех бактерий содержит транспортеры, использующие а) БАКТЕРИАНЬНЫЙ АВС-ПЕРЕНОСЧИК малая молекула ЦИТОЗОЛЬ г' АТРазные домены +2Р, ° б) эукдриОтичесКий АВО-переносчик ЦИТОЗОПЬ малая молекула е *1гг г +2Р; АТРвзные домены Рис. 11.17. Типичные АВС-транспортеры пронариот (а) и зукариот (б). Транспортеры состоят из нескольких доменов: обычно, из двух гидрофобных доменов, каждый из которых состоит из шести транс- мембранных сегментов, формирующих путь переноса и определяющих субстратную специфичность, и двух АТРа зных доменов (также называемых АТР-связывающими кассетами), выступающих в цитозоль.
В некоторых случаях обе половины транспортера образованы одним полипептидом, тогда как в других случаях они состоят нз двух и более полипептидов, упакованных в сходную структуру (см. Рис. 10.2Я). В отсутствии связанного АТР са йт связывания транспортера располагается либо с внеклеточ ной стороны (у прокариот), либо с внутриклеточной сюроны (у зукариот или прокариат). Связывание АТР вызывает конформационные перестройки, в результате которых субстрат-связывающий икарман» переходит на другую сторону; гидролиз АТР и последующая диссоциация АОР возвращают транспортер в его исходную конформацию.
большинство АВС-переносчиков работает в обоих направлениях. В бактериях обнаружены как импортирующие, так и зкспортнрующие АВС-транспортеры, но у зукариот почти все АВС-переносчики экспортируют вещества из цитозоля либо во внеклеточное пространство, либо в замкнутые мембранные компартменты, например ЭР или митохондрии. Ю26 Часта Ф.Внутранйяиоргаииаазбзяклетки ВНЕШНЯЯ СРЕДА ВНЕШНЯЯ МЕМБРАНА периппазматический субстрат-связывающий бегюк в комплексе свободный периплвзмвтичвский субстрат-связывающий белок ПЕРИПЛАЗМАТИЧЕСКОЕ ПРОСТРАНСТВО ВНУТРЕННЯЯ (ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ) МЕМБРАНА ЦИТОЗОЛЬ АВС-переносчик Рис. 11.19.
Вспомогательные транспортные системы, связанные с транспортными АТРвзвми у бактерий с двойными мембранами. Растворенное вещество диффундирует через квналообрззующие белки (по- рины) во внешней мембране и связывается с лериллазмотическим субопралг-связьгвоющим белком, который претерпевает конформзционные перестройки, позволяющие ему связаться с АВС транспортером в плвзматической мембране. Затем АВС-транспортер связывает растворенное вещество и активно переносит его через плазматическую мембрану в реакции, сопряженной с гидролизом АТР Лептидогликан опущен для наглядности; его пористая структура позволяет субстрат-связывающим белкам и водорвстворимым веществам двигаться посредством простой диффузии.
из клетки и, следовательно, относительно устойчивы к токсическим эффектам противораковых препаратов. Таким образом, отбор раковых клеток, обладающих устойчивостью к одному лекарству, может привести к устойчивости к широкому спектру противораковых препаратов. Некгпоргяе исследования показали, что до 40 Я» раковых состояний человека развивают множественную устойчивость, создавая серьезные препятствия в борьбе против этого заболевания. Сходное и в равной степени губительное явление связано с простейшим РЫ тес(гит (а(сграгит, вызывающим малярию. Более 200 миллионов людей на планете заражены этим паразитом, который до сих пор остается распространенной причиной смерти, ежегодно убивая миллион человек. Развитие устойчивости к противомалярий- 11.3. Ионные каналы и электрические свойства мембран 1027 ному лекарству хлорохину затрудняет контроль малярии.
У устойчивых Р. 7а!сграгит появилось несколько копий гена, кодирующего АВС-транспортер хлорохина. В большинстве клеток позвоночных АВС-переносчик в мембране эндоплазматического ретикулума (ЭР) активно транспортирует разнообразные пептиды из цитозоля в люмен ЭР. Эти пептиды являются продуктом деградации белков в протеосомах (см. главу б). Они переносятся из ЭР к поверхности клетки, где проверяются цитотоксичными Т-лимфоцитами. Если оказывается, что пептиды принадлежат вирусам или другим микроорганизмам, скрывающимся в цитозоле инфицированной клетки, Т-лимфоциты убивают эту клетку (см. главу 25). Еще одним членов семейства АВС-транспортеров является белок трансмембранный регуляпюр муковисцидоза (С) з(!с Е!Ьгоэ1з ТгапэщещЬгапе Сопдцс(1не КейпЫог, СГТК), который открыли при изучении распространенного генетического заболевания муковисцидоза (кистозного фиброза).
Это заболевание вызывается мутацией гена, кодирующего СВИТК, который функционирует в качестве С1-канала в плазматической мембране эпителиальных клеток. СЕТК регулирует концентрации ионов во внеклеточной жидкости, особенно в легких. Один из 27 представителей еврапеоидной расы несет ген, кодирующий мутантную форму этого белка; у одного из 2900 обе копии гена мутированы и, следовательно, развивается заболевание.
В отличие от других АВС-транспортеров, в этом случае связывание и гидролиз АТР не служат движущей силой процесса транспорта. Вместо этого они контролируют открывание и закрывание С!-канала, по которому пассивно движется С! по электрохимическому градиенту. Таким обраюм, АВС-белки могут функционировать и как транспортеры, и как каналы. Заключение Транспортеры связывают определенные растворенные вещества и переносят их через липидный бислой благодаря конформационным перестройкам, за счет которых сайт связывания ыещества оказыыается попеременно то на одной стороне мембраны, то на другой. Некоторые транспортеры просто переносят растворенное вещество по его электрохимическому градиенту, тогда как другие способны работать в качестве насосое и переносить ыещестыо против градиента, используя для этого энергию гидролиза АТР, градиент другого вещества (например, Ха' или Н') или свет для совершения последовательных конформационных перестроек.
Транспортеры составляют небольшое число белковых семейств. Каждое семейство содержит белки со сходной аминокислотной последовательностью, работающие по сходному механизму и которые, предположительно, зыолюционировали от общего белка-предка. Семейство транспортных АТРаз Р-типа, в которое входят Саг'- и А7а'/К'-насосы, яыляется важным примером; каждая из этих АТРаз ы течение рабочего цикла последовательно фосфорилирует и дефосфорилирует саму себя. Суперсемейство АВС-транспортероы является самым большим семейством мембранных транспортных белков и имеет важное медицинское значение.
Оно включает в себя белки, ответственные за мукоеисцидоз, а также лекарственную устойчивость раковых клеток и вызывающих малярию паразитов. 11.3. Ионные каналы и электрические свойства мембран В отличие от белков-переносчиков, канальные белки образуют в мембранах гидрофильные поры. Представители одного из классов канальных белков, присут- 1028 Частью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
