Биохимия мембран. Кинетика мембранных транспортных ферментов. Том 5 - Кометиани З.П.
ISBN 5-06001355-3
Скачать (прямая ссылка):
активатора фосфорилирования и Na, К-АТФазной реакции; в) тормозят
АДФ/АТФ-обмен; г) необходимы для фосфорилирования посредством АТФ и Фн, а
также для К-зависимой фосфатазной реакции;
д) образуют "тупиковые" ответвления - ?'1Mg и Mg?lMgATФ (С. Pedemonte,
L. Beauge, 1983; L. Plesner, I. Plesner, 1981).
Особенно важное значение приобретает тот факт, что фермент имеет
специальный участок связывания магния, отличный от нуклеотидных участков
связывания (J. Robinson, М. Flashner, 1979). Существует указание, что Mg-
форма фермента может находиться в конформационном состоянии Е\ (P.
Jorgensen, 1982), но не исключена возможность ее нахождения в /^-форме.
Принципиальная схема работы Na, К-АТФазной системы должна объяснить
четыре экспериментальных факта, которые касаются аномального
трансмембранного действия катионов на процессы, индуцируемые катионами с
противоположной стороны мембраны.
1. Форма кривых зависимости потока от концентрации активирующего катиона
определяется катионным составом на противоположной стороне, а не способом
транспорта (S. Karlish et ah, 1984).
2. Для получения максимального фосфорилирования фермента в дополнение
к внутриклеточному натрию необходимо наличие внеклеточного натрия (J.
Robinson, М. Flashner, 1979; М. Walter, М. Bader, 1978). 3.
Внутриклеточный калий стимулирует Na/K- и Na/Na-обмен, кроме того, К+
стимулирует АДФ/АДФ-обмен.
4. Внеклеточный натрий может активировать дефосфорилирование Е2Р и
переход Е\Р++Е2Р. В присутствии ионов Mg2+ высокие концентрации натрия
активируют Na-АТФазную активность. Показано, что Na-диссоциирующие
участки (торможение "продуктом"), Na-ассоциирующие участки (активация
дефосфорилирования) и ]У^2+-связывающие участки сосуществуют одновременно
(J. Нага, М. Nakao, 1981; J. Robinson, 1983).
Все эти факты не нашли объяснения в литературе и, как правило,
игнорируются при составлении моделей работы Na, К-АТФазной системы, так
как они противоречат общепринятым свойствам ЕХР- и Т^-форм.
Кинетическую схему Na, К-АТФазы можно построить, объединив субстратную и
катионные модели. Для этого необходимо опре-
98
делить лигандный состав основных форм фермента по минимальной схеме
зависимости v = f(s, А, М) (см. схему 5).
Рассмотрим вначале малые концентрации субстрата S<1 мМ. Этому случаю
соответствует левая часть схемы 5, отдельно приведенная на схеме 6.
М м
Выделим три варианта: 1) М^А (верхний путь на схеме 5, k4kpM); 2)
(средний путь, k4kp0) и 3) (нижний
путь k4kpA). Будем считать, что фермент находится в равновесии с х
(ионами натрия) и у (ионами калия). Тогда, используя метод Ча (S. Cha,
1968), во всех трех вариантах получим простой граф, легко решаемый
методом Кинга-Альтмана.
Для определения минимальной модели необходимо выбрать минимально
возможное значение степенных параметров р и т. Для случая М^А получим:
__ -У3 ("30 + "324)
V v '
/=0 7=0
где пх = 3, рх = 0, тх = 3, пу = 0, ру= 1 и ту= 1.
99
Для вариантов А"^>М и получим:
v _. q32Х*У2 ^
s il'Pw*V
i-0 i-о
где tix-3, рх - 0, tnx-S, tiy-2, py=0, ftiy=2.
Значение этих параметров определяют экспериментально. Действительно, в
специально поставленных экспериментах (см. рис. 24-27) было получено, что
при 5=0,41 мМ, А=0,39, М=0,09 пх=3, а при М=0,09 мМ и различных значениях
S и А-пу=2. При малых значениях S и при М^А пу=0 и ру= 1. Кроме того,
было сделано заключение, что при любых значениях S, А и М можно считать
3 и ту^ 1.
Таким образом, предположение авторов о катионном составе форм OES, ОЕР и
АЕР имеет экспериментальное подтверждение. Следовательно, форму OES можно
представить в виде X3OES, форму АЕР в виде у2АЕР, а форма ОЕРМ
представляет сумму форм хОЕРМ и ухОЕРМ. Соответственно, согласно закону
сохранения массы, в результате дефосфорилирования должны получиться формы
У2АЕО, хОЕРМ и хуОЕРМ, а в результате фосфорилирования - форма ХзОЕР.
Исходя из этого материала, можно считать, что на схеме 6 изображена
минимальная модель той части Na, К-АТФазной системы, которая работает при
малых концентрациях субстрата. Она состоит из двух основных циклов.
Назовем циклом ОРМ ту часть, в которой дефосфорилируется форма МЕР, а
циклом О РА - форма АЕР. Допускается возможность существования третьего
цикла ОРО, в котором происходит дефосфорилирование формы ОЕР.
Для завершения минимальной модели Na, К-АТФазной системы необходимо
исследовать правую часть схемы 5, которая работает при больших
концентрациях субстрата S>1 мМ и образует два самостоятельных цикла. При
избытке свободных ионов Mg2+ (М^>А) получаем цикл SPM, а при малых
концентрациях свободных лигандов (A~/W~0) - цикл SPO.
Цикл SPM осуществляет превращение формы SEPM, а цикл SPO - формы SEP (и,
возможно, формы МАЕР). Нетрудно показать, что в условиях
преимущественного образования формы SEP (или МАЕР) каталитической
активностью обладает форма Х3y%SEP (или Х3У2МАЕР), а при преимущественном
образовании SEPM-формы- X4SEPM и x4ySEPM.
SPM- и SPO-циклы легко объединить с остальными циклами, при этом
