Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
5.2. Осмотическая работа за счет AfiH
279
чалось выше, субъединица 9 нейроспоры образуется в виде более длинного предшественника, отличаясь в этом отношении от субъединицы Н+—АТР-синтазы другого представителя грибов — дрожжей. Предшественник переносится в митохондрии энергозависимым способом [1320, 1323]. Интересно, что у нейроспоры гены, кодирующие субъединицу 9, есть как в ядре, так и в митохондриях, причем активен только ядерный ген.
Заключение о необходимости энергии в случаях 3—7 (в случае 6 дважды, см. рис. 88) базируется на наблюдениях, что импорт предшественников, синтезированных in vivo или добавленных in vitro, происходит, только если митохондриальная мембрана энер-тизована дыханием или гидролизом АТР. Импорт полностью подавляется разобщителями или комбинацией ингибиторов дыхательной цепи и Н+—АТР-синтазы [596, 597, 695, 869, 1099, 1139, 1320, 1500].
Как было сообщено недавно Нойпертом [1101], энергия необходима лишь на стадии транслокации лидера. Остальная (т. е. большая) часть белка-предшественника проходит через мембрану без затраты энергии. Протеолитическое расщепление предшественника также от энергии не зависит [1653].
Интересен вопрос, в какой форме следует подать энергию, чтобы транслоцировать лидер. Наличие АТР недостаточно, поскольку в отсутствие Д[ГН импорт белков невозможен, даже если уровень АТР высок как внутри, так и снаружи митохондрий [583, 695]. Вероятнее всего, в большинстве случаев электрический компонент протонного потенциала (АТ) вызывает электрофорез положительно заряженной лидерной последовательности в направлении отрицательно заряженного матрикса (см.: [1188, 1320] и раздел 5.2.8.3).
Важный вывод, вытекающий из сказанного выше, состоит в том, что митохондрия не может образоваться самосборкой из составляющих ее компонентов. Она происходит только от другой митохондрии, подобно тому как клетка происходит от клетки. Необходимым условием для биогенеза митохондрий служит наличие А1? на ее внутренней мембране. Поскольку ни один из ферментов, образующих A'F, не может быть синтезирован самой митохондрией, эта органелла обречена на гибель, когда она потеряет свой последний ДТ-образующий фермент, даже если в цитозоле будет избыток всех белков-предшественников.
Вот почему дрожжи, растущие в анаэробных условиях, сохраняют замкнутые мембранные пузырьки («промитохондрии»), не содержащие дыхательной цепи, но способные к генерации ДЧ*-посредством ATP/ADP-антипортера и, может быть, также обращения Н+—АТР-синтазы, которая, по-видимому, присутствует там, хотя и в очень сниженном количестве. Аналогичная проблема — каким образом митохондрии р^-мутанта дрожжей могут импортировать белки, хотя они лишены не только дыхательной
280
5. Потребители АцН
цепи, но и Н+—АТР-синтазы. Было показано, что такие митохондрии сохраняют ДрН на уровне около 20% от нормы [856]. Вероятно, этот потенциал образуется ATP/ADP-антипортером (см. выше раздел 5.2.7.2).
5.2.8.2. Транспорт бактериальных белков
Белки бактерий, локализованные в периплазме или внешней мембране, должны пересечь внутреннюю мембрану, чтобы прибыть по назначению. Кроме того, известно, что бактерии экскре-тируют некоторые ферменты во внешнюю среду. Все эти процессы напоминают импорт белков митохондриями. В обоих случаях транспортируемый полипептид содержит дополнительную лидер-ную последовательность, транспорт которой требует энергии [212, 402, 421, 431, 532, 1158, 1648].
Необходимость энергизации мембраны была специально исследована применительно к периплазматическим белкам, связывающим лейцин [421], лейцин, изолейцин и валин [402], мальтозу [1158], р-лактамазу [212, 421, 1158] и несколько белков внешней мембраны [1158]. В одной из этих работ, выполненной Циммерманом и Виклером [1648], был продемонстрирован транспорт белка через мембрану липосом. Предшественник белка А внешней мембраны (про-ОтрА) добавляли к липосомам, содержащим ли-дер-пептидазу в своем внутреннем пространстве. Лидер-пептидазу снаружи липосом предварительно разрушали трипсином. Оказалось, что такие липосомы отщепляют лидерную последовательность, образуя зрелый белок ОтрА. Поскольку в липосомах не было других белков, кроме лидер-пептидазы, полученный результат приходится объяснять одним из двух способов: 1) лидер-пептидаза не только отщепляет лидер, но и транспортирует про-ОтрА через мембрану; 2) про-ОтрА пересекает фос-фолипидный бислой мембраны липосом без помощи других белков. Если реализуется вторая возможность, то нужно принять, что концепция белка-рецептора неприменима для случая транспорта про-ОтрА. В то же время возможно, что транспорт через мембрану исследованных липосом является артефактом. Так, он происходил в отсутствие Д?Щ, хотя экспорт про-ОтрА иа цитоплазмы бактериальной клетки требует ДрН, как это была показано в опытах тех же авторов. Было бы интересно включить какой-либо Д]1Н-генератор в липосомы с лидер-пептидазой. Тем самым можно было бы выяснить, не является ли ДрГН фактором, влияющим на такую количественную характеристику процесса, как скорость транспорта про-ОтрА через мембрану.
