И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 64
Текст из файла (страница 64)
4.2.7). Предположим, что электронный транспорт по цитохромной цепи заторможен действием дыхательного контроля. В этих условиях уровень НАДН в матриксе возрастет. Мы знаем, что ключевые ферменты ЦТК регулируются через соотношения АТФ/АДФ и НАДН/НАД". При высоком уровне НАДН и АТФ работа ЦТК будет блокирована, что должно привести к накоплению пирувата.
Но пируват является аллостсрическим активатором АО, и его накопление приведет к увеличению активности АО. Это в свою очередь стимулирует электронный транспорт по альтернативной цепи, который, с одной стороны, не будет сопряжен с синтезом АТФ, а с другой стороны, приведет к быстрому окислению избытка НАДН. Тем самым будет снят тормоз с ЦТК„интермедиаты которого активно используются в различных биосинтезах.
Следовательно, функция АО может заключаться в том, чтобы в нужный момент стимулировать быстрое окисление НАДН в дыхательной цепи и тем самым снять с ЦТК «аденилатный контроль», т.е. разрешить работу цикла в условиях, когда концентрации АТФ в матриксе достаточно велики. Вторая важная функция АО заключается в защите клетки от окислительного стресса. Как уже упоминалось, митохондрии являются местом образования 9 Фнзиал»гин рзстсн » 257 супероксидрадикала и НтОт (см. подразд.
4.2.8). Интенсивному образованию и накоплению этих опасных соединений способствуют торможение электронного транспорта и «перевосстановление» цепи при высоких значениях Ьггн . В этой ситуации повышение активности АО и увеличение скорости транспорта приведет к «разгрузке» цепи за счет быстрого сброса электронов на кислород с образованием «безопасной» воды.
Существуют убедительные доказательства в пользу того, что альтернативная оксидаза препятствует генерации в цепи О; и накоплению в митохондриях перекиси. Одно из них было получено при использовании трансгенных растений табака (Аггсоггана гаЬасит). К культурам клеток с низкой (линия А88) и супервысокой (линия 811) активностью АО добавляли антимицин А, ингибитор комплекса П1. В результате блокирования электронного потока сброс е на кислород с комплексов 1, 11, !П резко возрастал. В клетках с низкой активностью АО это приводило к чрезмерной генерации О; и накоплению перекиси, что в итоге заканчивалось их гибелью. В клетках с высокой активностью АО уровень перекиси был не столь высоким, и они выживали.
Эти опыты доказывают, что действие альтернативной оксидазы препятствует развитию окислительного стресса. Однако наиболее убедительным доказательством защитной функции АО служит тот факт, что перекись водорода является вторичным мессенджером в сигнальном каскаде, приводящем к экспрессии гена Аохг и синтезу АО г)е помо (см. подразд.
4.3.4). 4.2.11. ЭНЕРГИЯ Ьри. ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТА МЕТАБОЛИТОВ ЧЕРЕЗ ВНУТРЕННЮЮ МЕМБРАНУ МИТОХОНДРИЙ Внутренняя мембрана содержит множество белков-транспортеров, которые переносят метаболиты и ионы через мембрану в обе стороны. Все они имеют небольшую молекулярную массу (30 — 34 кДа) и общий тип строения, характерной чертой которого является наличие шести трансмембранных а-спиралей. Некоторые из них показаны на рис, 4.24. Переносчик может переносить через мембрану только одну молекулу или ион — такой вид транспорта называется унинорт.
Однако большинство транспортных белков митохондрий действуют как портерные системы, способные одновременно перетаскивать через мембрану два соединения в одном (си.инорт) шги в противоположных (аннтинорт) направлениях. При этом транспорт заряженных молекул и ионов так или иначе связан с Ьггн на мембране и идет с использованием его составляющих ЬрН и Ьвг. Если перенос заряженных молекул влияет на величину Ьгу, то такой транспорт называют электрогенным.
Электронейтральный транспорт не вносит изменений в заряд мембраны. Движущей силой транспорта может быть градиент рН в том случае, если соединение переносится совместно с ионом Н или ОН . Например, в мемб- Рис. 4.24. Белки-транспортеры во внутренней мембране митохондрий.
Транспорт заряженных молекул или ионов прямо или косвенно связан с использованием составляющих ЬР„" на мембране — ЬЧ или ЬРН. Белок-переносчик может транспортировать соединение в симпорте или антипорте с ионами Н или ОН, используя в качестве движущей силы градиент рН. При злектрогенном транспорте белок-переносчик транспортиру«~ заряженную молекулу по градиенту Ья и тем самым изменает заряд мембраны. Множество переносчиков осуществляют злектронейтральный обмен транспортируемых соединений 258 Матрикс Н' Кап$Он+ НтРО~ ОН Пир уват ОН Атфь НРО42 Малага Меимембра нное пространство Оке алоапетатт Цитратт /Н" НтРОь Н" ЭЩ формирует Ьри на мембране Унипорт катиона по градиенту дн Антнпорт по градиенту дрН Антипорт по градиенту ЬРН Симпорт по градиенту ЬРН Антипорт по градиенту ЬИ Электрон ейтральный обмен Электр о нейтральный обмен Электро нейтральный обмен ране локализованы переносчики, которые осуществляют электронейтральный транспорт в матрикс фосфата и пирувата в антипорте, т.е.
в обмен на ион ОН, который при этом выносится из митохондрий по градиенту рН. Движущей силой электрогенного транспорта является потенциал на мембране ЬХ~. Ионы или несущие заряд молекулы с помощью транспортеров пересекают мембрану, двигаясь согласно заряду на мембране, внутренняя сторона которой заряжена отрицательно, а внешняя — положительно. По такому принципу действует, например, очень важный белок-транспортер — АТФ(АДФ-транслокалюр. Этот переносчик выносит в цитозоль АТФ в обмен на АДФ, тем самым обеспечивая субстратом АТФ-синтазные комплексы.
Адениннуклеотиды переносятся через мембрану в виде ионов АТФ« и АДФз согласно градиенту Л~р: заряд молекул таков, что в результате их обмена один избыточный отрицательный заряд выносится со стороны матрикса. АТФ/АДФ-транслокатор имеет специфические ингибиторы. Это боягквековая кислогла и антрахтилозид — ялы соответственно бактериального и растительного происхождения.
Как уже говорилось (см. подразд. 4.!.8), в митохондриальной мембране функционируют транспортеры анионов ди- и трикарбоновых кислот, участвующих в ЦТК. Хотя карбоксильные группы кислот в физиологических условиях несут отрицательный заряд, их транспорт электронейтральный, так как идет по типу антипорта в обмен на ион фосфата или другую дикарбоновую кислоту. Характерно, что в подобном обмене участвуют транспортные каскады, когда транспорт одного соединения из митохондрий зависит от транспорта другого в митохондрию.
К примеру, транспорт в митохондрии малата идет в обмен на фосфат, который перед этим поступил в матрикс в обмен на ион ОН при использовании градиента рН. Генерируемый работой цепи Л~у используется при транспорте не только небольших молекул и ионов, но и белков. Известно, что большинство митохондриальных белков кодируются ядерными генами и синтезируются в цито- золе. Некоторые из них синтезируются в форме предшественников и наряду со структурной основой содержат особую Ь)-концевую аминокислотную последовательность, которая называется сигнальной, или траязвтиой. Обычно сигнальный пептид содержит около 80 аминокислотных остатков, среди которых много положительно заряженных остатков аргинина и лизина. От сигнальной последовательности зависит связывание белка с рецептором во внешней мембране и его проникновение в матрикс, где сигнальный пептид отрезается МРР- пептидазой (М!госйопбпа! ргосезз!п8 рергЫазе).
В растительных митохондриях МРР-пептидаза ассоциирована с цитохром Ьс,-комплексом, тогда как у животных этот фермент локализован в матриксе. В то же время белки-переносчики внутренней мембраны не имеют характерной Ь1-сигнальной последовательности, а содержат «внутренние сигналы», которые не отрезаются.
Оба типа белков проникают в митохондрии через крупные белковые комплексы — траислоказы, одна из которых находится во внешней (ТОМ-комплекс — !гана!осазе оигег гпетЬгапе), а две — во внутренней мембране митохондрий (Т!М22- и Т1М23- комплексы — [гапз!осазе !ппег тетЬгапе). В составе транслоказ есть белки-рецепторы и белки, формирующие каналы для протаскивания транспортируемых белков. Транслоказы «узнают» и сортируют белки, либо обеспечивая их встраивание во внутреннюю мембрану (Т! М22), либо пропуская их в матрикс (Т! М23). И в том, и в другом случае процесс протекает успешно только при наличии Фр на мембране. При рассеивании мембранного потенциала разобшителями типа валиномицина белки в момент прохождения застревают в мембране. 4.3.
КЛЕТКА И АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА В предыдущем полразделе речь шла о том, что функции альтернативной оксидазы и механизма разобгцения могут быть направлены на то, чтобы снизить интенсивность образования в лыхательной цепи супероксидрадикала О;. В настоящем подразделе рассмотрены процесс генерации в клетке активных форм кислорода и роль, которую играют эти соединения в метаболизме растений. 4.3.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
