Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
При сравнении кинетики УФ-инактивации свободной и мембраносвязанной ацетилхолинэстеразы обнаружено, что при изучении мембранного фермента наблюдается отклонение от кинетики реакции первого порядка, проявляющееся в искажении линейной зависимости остаточной активности от дозы облучения. Одновременно изменяются и каталитические параметры остаточного фермента.
Необходимо подчеркнуть, что при УФ-облучении свободных ферментов в растворе представлены только активные (немоди-фицированные) и полностью инактивированные молекулы бел-
ка. Это значит, что при инактивации ферментов в растворе УФ-свет выступает в роли необратимого неконкурентного ингибитора: по мере облучения снижается только максимальная скорость ферментативной реакции, а величина константы Ми-хаэлиса остается неизменной. В отличие от растворимой формы ацетилхолинэстеразы мембраносвязанный фермент фотоинак-тивируется по типу смешанного ингибирования с одновременным изменением значений максимальной скорости реакции и константы Михаэлиса.
К одной из главных особенностей УФ-повреждения белков в составе биомембран относится так называемый феномен фотохимической аллотопии. Под ним понимают эффект изменения структурно-функционального состояния фермента в составе биомембраны, обусловленный стерическим возмущением его конформации вследствие фотомодификации других структурных компонентов мембраны. Проявление феномена фотохимической аллотопии связывают преимущественно с фотохимическими повреждениями белков, способных под влиянием УФ-света взаимодействовать с соседними мембранными компонентами за счет образования межмолекулярных ковалентных сшивок.
Модификация структуры биомембран с помощью ферментов (например, фосфолипаз, трипсина, нейраминидаз) или в результате дезинтеграции мембраны ультразвуком вызывает исчезновение названного феномена. Следовательно, феномен фотохимической аллотопии характерен только для интактных мембран.
В целом УФ-индуцированные изменения структурно-функ-ционального состояния мембранных белков могут быть обусловлены реализацией нескольких возможных процессов:
— собственными фотопревращениями белка в результате поглощения энергии УФ-излучения его ароматическими и серосодержащими аминокислотными остатками;
— интенсификацией ПФОЛ, накоплением его продуктов (первичных и вторичных), влияющих на конформационное состояние мембраносвязанного белка и его “ближайшего” липидного окружения или способных непосредственно повреждать белковую глобулу;
— поглощением квантов длинноволнового УФ-излучения восстановленными пиридиннуклеотидами, флавинами, железопор-фиринами, фотосенсибилизацией ими процессов ПОЛ, а также влиянием их фотохимических продуктов на структуру молеку-
лы белка (фермента), его активного центра и ближайших “соседей” биополимера в мембране.
Рассмотрим совокупность фотопроцессов, связанных с поглощением УФ-света хромофорными группами биомембран третьего типа, т.е. различными кофакторами мембранных ферментов. В некоторых случаях в качестве первичных акцепторов энергии излучения выступают вещества, которые передают эту энергию на другие молекулы, а сами при этом обычно не претерпевают химических превращений. Такие вещества называют фотосенсибилизаторами, а процессы, в которых они участвуют, — фото-сеисибилизированиыми. Фотосенсибилизаторы индуцируют химические реакции, которые в их отсутствие не происходят. Они имеют две системы электронно-возбужденных состояний — син-глетную (XS) и триплетную (3S).
Отметим, что пероксидное фотоокисление полиненасьиценных жирных кислот фосфолипидов мембран может происходить при поглощении квантов света как липидом, так и другими молекулами — фотосенсибилизаторами. Фотосенсибилизирующим действием обладают триптофановые и тирозиновые хромофоры белков, порфирины, флавины, пиридиннуклеотиды. Следовательно, ПОЛ может инициироваться не только УФ-излучением, но и видимым светом.
Как правило, фотосенсибилизированное окисление происходит с участием сенсибилизатора в триплетном состоянии, так как оно является более длительным (10~4—10 с). Поэтому наиболее эффективными являются сенсибилизаторы, образующие долгоживущие триплетные состояния с высоким квантовым выходом. К ним относятся многие синтетические красители (метиленовый голубой, бенгальский розовый, эозин), природные пигменты (хлорофилл, гематопорфирин, флавины) и ароматические углеводороды (рубрен, некоторые антрацены). Большинство из них поглощает видимый и длинноволновый УФ-свет, поэтому эти диапазоны длин волн наиболее эффективны при фотосенсибилизи-рованном окислении.
Молекулы сенсибилизатора в триплетном состоянии могут химически взаимодействовать с молекулами субстрата в реакциях переноса электронов или атомов водорода. При переносе электрона на О, образуется супероксидный анион-радикал кислорода. При переносе электрона или атома водорода на другие субстраты кислород взаимодействует с короткоживущими проме-
жуточными соединениями, образуя продукты фотоокисления. Другой путь фотосенсибилизированных реакций — косвенный: молекула сенсибилизатора в триплетном состоянии химически не участвует в реакции, а передает энергию возбуждения на молекулярный кислород, образуя электронно-возбужденное состояние кислорода — синглетный кислород х02. Активность последнего в окислительных реакциях в 100 раз выше, чем невозбужденного кислорода. Фотопроцессы с участием Ю2 настолько распространены, что их часто выделяют в особый тип реакций, называемый фотореакциями типа II:
