И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Рассмотрим подробно события, которые происходят на комплексах ДЦ и которые являются предметом интенсивного изучения во многих лабораториях мира. Все комплексы удалось вьщелить из мембран и исследовать (за исключением комплекса !) их трехмерную молекулярную структуру с разрешением 0,29 нм с помощью ренгеноструктурного анализа. В то же время события на комплексах нельзя считать до конца установленными, и полученные факты 236 только приближают нас к истине. При этом следует признать, что исследований на растительных объектах было мюю, и во многом наши знания базируются на аналогиях с другими, более изученными системами животного или бактериального происхождения.
4.2.2. КОМПЛЕКС 1, ИЛИ НАДН-ДЕГИДРОГЕНАЗА. ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ В КОМПЛЕКСЕ СОПРЯЖЕН С ГЕНЕРАЦИЕЙ др~. Комплекс 1 (НАДН-убихинон-оксидоредуктаза), был выделен из ряда объектов: митохондрий сердца быка, из митохондрий сахарной свеклы (Вега ии!лагй), картофеля (Зо!апит (иЬегозит), бобов (1!с(а ~аЬа), арабидопсиса и риса (Огурца зайва), а также митохондрий гриба 7«еигозрога сгазга и мембран ЕзсЬег!сИа сой. Исследования показали, что по своим свойствам он существенно не отличается у объектов животного и растительного происхождения. У эукариот этот крупный комплекс с молекулярной массой 700 — 900 кДа состоит из 24 — 43 (в зависимости от объекта) белковых субъединиц.
У прокариот комплекс 1 состоит из 14 субъединиц: семи чрезвычайно гидрофобных, локализованных в мембране, и семи относительно гидрофильных, расположенных вне мембраны. У эукариот этот эволюционно-консервативный кор-комплекс обрастает «шубой» из многих дополнительных субъединиц, функции которых по большей части неизвестны. Электронная микроскопия показала, что комплекс имеет характерную 1;образную форму, напоминающую башмак. Гидрофобная «подошва» представлена белками, встроенными в мембрану, а гидрофильная часть — «лодыжк໠— обращена в матрикс (рис. 4.15).
У растений девять субъединиц, входящих в состав гидрофобной части комплекса, кодируются митохондриальной ДНК, а остальные компоненты находятся под контролем ядерных генов. Интересно, что мутации, затрагивающие комплекс 1, возникают при некоторых заболеваниях человека, например в случае болезни Альцгеймера. У растений мутации по комплексу 1 описаны у табака (Мсойала пуиея~ги) и кукурузы (Уеа тауз) мутации сопровождались патологией пыльцы и приводили к такому явлению, как цитоплазматическая мужская стерильность.
В качестве редокс-центров в комплексе действует один ФМН, расположенный в гидрофильной части комплекса, а также 6 — 7 железосерных центров (2Ге-2$- и 4Ге-4Б-кластеры), обозначаемых как )ч1, )Ч2, !ч3 и т.д. (рис. 4.15). Кроме того, в гидрофобной части комплекса есть по крайней мере два сайта связывания для ( 1, в одном из которых, по-видимому, находится прочно связанный убихинон, фиксированный в структуре комплекса. Классическими ингибиторами комплекса 1 являются ротенон, амитал натрия и пиерицидин А. Ротенон — флавоноид, эстрагируемый из корней некоторых тропических растений, блокирует электронный транспорт между одним из Ге-Б-кластеров и пулом убихинона.
Ротегюн давно используется как инсектицид и рыбный яд, так как митохондрии насекомых и рыб особенно к нему чувствительны. Амитал натрия представляет производное барбитурной кислоты. Пиерицидин А — антибиотик, продуцируемый ЗгерГотусей является структурным аналогом убихинона и конкурирует с ним за места связывания. Комплекс окисляет «внутренний», т.е. образованный в матриксе НАДН (Е" =-0,32 В), и восстанавливает убихинон (Е" = +0,09 В).
(Комплекс 1 имеет низкое сродство 237 Рис. 4.15. Организация в мембране и функционирование комплекса 1, НАДН:убихинон оксидоредуктазы. Комплекс состоит из гндрофобного компонента, встроенного в мембрану, и гидрофильной части, обрагленной в матрикс. Комплекс действует как НАДН-дегидрогеназа, т е. окисляет НДДН и восстанавливает убихинон. В комплексе транспорт электрона идет через ФЫН, несколько ГеБ-центров и фиксированный в структуре комплекса убихннон (О,). Транспорт двух электронов сопровождается восстановлением !2 с использованием 2Н'„а тахзке транслокацией из матрнкса в межмембранное пространство предположительно 4Н' за счет плохо изученного механизма к НАДФН и не вносит существенного вклада в его окисление.) При этом комплекс работает как протонная помпа: на каждый окисленный НАДН и восстановленный Я через мембрану из матрикса (1п) в межмембранное пространство (оц() перекачивается как минимум 4Н: НАДН + Н' + 1.! + 4Н'и — а.
НАД+ + ЯНз + 4Н оег Известно, что НАДН при окислении отдает 2е на ФМН (Е" --0,30 В), с которого электроны поочередно уходят на Ре-8-центры (Е" - -0,25 ... -0,05 В), функционирующие как одноэлектронные переносчики. При этом точный путь е в комплексе не установлен: есть данные, что восстановление () идет с )ч2- кластера. В конечном итоге хинон принимает 2е и полностью восстанавливается до (.1Нз, захватывая из матрикса 2Н'. Транспорт электрона в комплексе сопряжен с направленным переносом протонов и генерацией на вну'грецией мембране д!зн .
Механизм этого процесса не установлен. Обсуждаемые модели (Р. ЫЭц11оп е1 а1., 1998) основаны на предположении, что в комплексе оперирует система, похожая на Я-цикл (см. подразд. 4.2.4), Дело в том, что в комплексе методом ЭПР (электронно-парамагнитного резонанса) обнаружены сайты, в которых связанные хиноны могут находиться в разных редокс-состояни- 238 ях: окисленном (Я), восстановленном (ЯНз) и в состоянии семихинона (() ).
Предполагается, что электронный транспорт в комплексе связан с обратимым восстановлением и окислением связанных хинонов. Процесс организован так, что при восстановлении () протоны захватываются из матрикса, а при окислении — освобождаются в межмембранное пространство. 4.2.3. КОМПЛЕКС ь1, ИЛИ СУКЦИНАТДЕГИДРОГЕНАЗА Комплекс П (сукцинат-убихинон-оксидоредуктаза) функционирует как часть ЦТК и как компонент дыхательной цепи.
Комплекс был выделен из митохондрий картофеля (Бо!плит ьиЬеголит), батата (!ротоеа Ьагагау), маша ()гьдььа гас)ьага), а также из объектов животного происхождения и бактерий. Его кристаллическая структура была определена у ряда бактерий. Комплекс (мол. масса - 125 кДа) состоит из четырех крупных полипептидов (А, В, С, 13), кодируемых ядерным геномом (рис.
4.16). Субъединицы С и 13 — трансмембранные белки; А и В— представляют гидрофильную часть, обращенную в матрикс. С основной частью могут быть также ассоциированы мелкие гидрофобные белки, функции которых остаются неизвестными. Редокс-центрами комплекса являются ФАД (Е" - 0,0 В) и три железосерных центра: 2Ре-2Б-, 4Ре-4В- и ЗРе-4$-кластеры (Е" - — 0,12... 0,0 В).
Кроме того, в комплексе обнаружен тем Ь-типа (цитохром Ьио), который не участвует Мехмембранное Рис. 4.16. Организация в мембране и функционирование комплекса Л. Комплекс состоит из 4 крупных полипептидов. Две гидрофильные субьединицы комплекса (А и в) обрыдены в матрикс и проявляют сукцинатдегидрогеназную активность. Две гидрофобные субъединицы (С и П) встроены в мембрану. При окислении сукцината электроны передаклся на кояалеьпно связанный Фььд, затем на ге-Б-цеььтры, обозначаемые как З!, З2 и БЗ, и далее на Ь), точное место связывания которого остается неизвестным. Транспорт двух электронов сопровождается восстановлением Ь Ь с использованием 2Н' из матрикса. В комплексе обнаружен гем сяв, с неясной функцией 239 в электронном транспорте и функция которого неясна.
Специфическими ингибиторами комплекса 11 являются щавелевоуксусная кислота и структурный аналог сукцината — малонат. Комплекс окисляет сукцинат (Е" = -0,025 В) до фумарата и восстанавливает убихинон (Е" = +0,09 В): Сукцинат+ Π— Фумарат + ЯНз Электроны, отнимаемые от сукцината, переносятся сначала на ФАД, а затем через Ре-Б-кластеры на О. Электронный транспорт в комплексе не сопровождается генерацией дйн .
Образующиеся при окислении сукцината 2Н остаются на той же стороне мембраны, т.е. в матриксе, и затем поглощаются при восстановлении хинона. Таким образом, комплекс 11 не вносит вклад в энергизацию мембраны и работает только как переносчик е от сукцината к убихинону. 4.2.4. КОМПЛЕКС й!, ИЛИ ЦИТОХРОМ Ьс~-КОМПЛЕКС. ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ В КОМПЛЕКСЕ СОПРЯЖЕН С ГЕНЕРАЦИЕЙ Лрв" Комплекс Н1 (убихинол-цитохром с-оксидоредуктаза) выделен из митохондрий сердца быка, цыпленка, кролика и митохондрий дрожжей. В состав комплекса из митохондрий сердца быка (мол.
масса -248 кДа) входит порядка 11 белковых субъединиц, 8 из которых представляют собой мелкие гидрофобные мембранные белки с неизвестной (возможно, структурной) функцией. Известно„что комплекс образует в целом 13 белковых петель, пересекающих мембрану. Из всех белков комплекса только цитохром Ь кодируется митохондриальным геномом. Функциональными компонентами комплекса, несущими редокс-центры, являются: — цитохром Ь, в составе которого есть два гема Ь-типа с разными редокспотенциалами: гем Ьь с низким (Е*' - — 0,075...0,09 В) и гем Ьн с высоким (Е" - +0,05 В) потенциалом; — железосерный белок Риске, в составе которого есть 2Ре-28-центр (Е"- -+0,28 В); — цитохром с, (Е" -+0,23...+0,25 В); — центры связывания для убихинона: Я;„-центр и О,„к центр.
Известно, что 1л иво комплекс функционирует как димер. Ингибитором комплекса является антибиотик антимицин А, который связывается и блокирует ( 1,„-центр. Кроме того, места связывания хинонов блокируются антибиотиками, получаемыми из миксобактерий, — миксотиазолом и стигмателлином.
Цитохром Ьс,-комплекс окисляет восстановленный убихинон и восстанавливает цитохром с (Е" - +0,25 В) согласно уравнению ОНт + 2 цит. сы + 2Н',„— О + 2 цит. с" + 4Н',„, Электронный транспорт в комплексе сопряжен с переносом протонов из матрикса (1п) в межмембранное пространство (ощ) и генерацией на мембране Лрн . События, которые при этом происходят, известны как О-цикл, который был постулирован П.
Митчеллом (1976). Принцип О-цикла состоит в том, что перенос Н через мембрану происходит в результате окисления и восста- новления хинонов на самом комплексе. При этом хиноны соответственно отдают и забирают 2Н из водной фазы избирательно с разных сторон мембраны (рис. 4.17, А, Б). В структуре комплекса 111 есть два центра, или два «кармана», в которых могут связываться хиноны. Один из них, О,„;центр, расположен между 2Ре- 28-центром и гемом Ь, вблизи внешней (оп1) стороны мембраны, обращенной в межмембранное пространство.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
