Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Почти ничего не известно о роли мембран в качестве возможных путей для жирорастворимых веществ — регуляторов метаболизма. Есть предположение о переносе стероидных гормонов по мембранам от края клетки к их внутриклеточным мишеням [1288, 1287]. Интересная возможность состоит в том, что диацилглицерид, образующийся из фосфатидилинозитдифосфата, вторичный посредник действия ряда гормонов и ростовых факторов (см. раздел 7.5), может достигать внутренних областей клетки, двигаясь по мембранам нитчатых или сетчатых митохондрий. Такое перемещение не требует освобождения диацилглицерина из внешней клеточной мембраны в цитозоль, если эта мембрана прямо контактирует с мембраной митохондрии.
6.2.4.7. Перенос восстановительных эквивалентов вдоль мембран
В эндоплазматическом ретикулуме и внешней митохондриальной мембране многих тканей (печень, почки, мозг, лейкоциты и т. д.) существует очень активная редокс-цепь, обрывающаяся, не достигая кислорода:
NADH —»/рз -» цитохром Ъ5, (51)
где fpb — флавопротеид NADH-цитохром Ь5-редуктаза [125]. Она практически отсутствует в быстрых мышцах взрослых организмов, но есть в медленных мышцах взрослых и обнаружена в быстрых мышцах 4-дневного крольчонка [1297]. Эта система участвует не менее чем в десяти различных процессах свободного окисления. Среди них: 1) А3-, А6- и Д9-десатурация жирных кислот, 2) прямая десатурация фосфолипидов, 3) удлинение жирных кислот, 4) биосинтез плазмалогена, 5) дегидрогенизация 5-а-хо-
366 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
лест-7-ен-3-|3-ола в холест-5,7-диен-3-|3-ол, 6) деметилирование 4-метилстеролов, 7) восстановление N-гидроксиламинов, 8) восстановление цитохрома Р-450, 9) восстановление цитохрома с и 10) восстановление метгемоглобина до гемоглобина (см. обзор: [1087]).
Большинство этих реакций вносит малый вклад в общую скорость окисления NADH в клетке. Путь через цитохром с может быть активирован в определенных условиях (см. раздел 5.4.2.3), но и тогда его скорость значительно уступает таковой NADH-оксидазы внутренней митохондриальной мембраны. Восстановление Р-450 в большинстве случаев осуществляется NADPH-специфической редуктазой, так что путь через цитохром Ъъ можно рассматривать лишь как подсобный механизм.
Несмотря на низкую общую скорость окисления цитохрома Ъъ, его восстановитель (fpb) чрезвычайно активен; fp5 характеризуется числом оборотов, рекордным для редокс-ферментов. Поэтому неудивительно, что цитохром Ъъ гепатоцита полностью восстановлен даже в аэробных условиях [1067].
В печени концентрация цитохрома Ьь очень высока: его больше, чем, например, любого редокс-фермента внутренней мембраны митохондрий [125]. Возникает вопрос, с какой целью используется клеткой такое большое количество цитохрома Ъъ. Это нельзя объяснить низкой активностью данного цитохрома, так как добавленный цитохром с восстанавливается цитохромом Ъъ с очень высокой скоростью. Низкая скорость переноса электронов на 02 по пути, в котором участвует цитохром Ъ5, обусловлена малой концентрацией свободного цитохрома с в межмембранном пространстве митохондрий. По нашему мнению, парадокс цитохрома Ъъ еще ждет своего объяснения.
Давайте рассмотрим некоторые физические свойства jpb и цитохрома Ъъ. Оба они состоят из двух неравных частей: большей гидрофильной, содержащей флавин или гем, и меньшей гидрофобной, требующейся для заякоривания белка в .мембране [1406]. Подобно челноку, fpb и цитохром Ъъ могут перемещаться по поверхности мембраны, встречая сравнительно небольшое сопротивление. Высокая подвижность этих двух белков в плоскости мембраны была продемонстрирована Штриттматтером и др. [1265, 1465, 1264]. В частности, было найдено, что мембрана эндоплазматического ретикулума может связывать большие количества добавленного цитохрома Ь5, так что соотношение Ъь : fpb достигает 100. Скорость восстановления цитохрома Ъъ флавопротеидом, рассчитанная на моль Ъъ, оказалась гораздо выше в мембранах, нагруженных цитохромом Ь5, чем в контрольных мембранах, содержащих обычное количество этого белка. Подобные соотношения были найдены также в мембранах, нагруженных fp5.
Другое обстоятельство, которое следует иметь в виду в данном контексте,— это содержание липидов в разных типах мембран.
6.2. Транспорт энергии вдоль мембран в форме ДщН
367
Во внутренней мембране митохондрий, где fpb и цитохром Ъь отсутствуют, липидов сравнительно мало (25—30%), а в мембране эндоплазматичеекого ретикулума и во внешней митохондриальной мембране, содержащей эти ферменты, липидов больше, чем белков [1406, 7]. Ясно, что ферменты-поплавки должны чувствовать себя «свободней» в мембранах, представляющих жидкий липидный бислой с редкими белковыми включениями.
Приняв во внимание все эти факты, мы выдвинули представление о том, что fpb и цитохром Ъъ служат переносчиками восстановительных эквивалентов (соответственно атомов водорода и электронов) вдоль биологических мембран [180]. Поскольку редокс-потенциал /р5 близок к таковому его восстановителя (NADH), этот флавопротеид, двигаясь вдоль мембран, может выравнивать градиенты редокс-потенциалов в области —0,3В в различных частях клетки. Предполагается, что цитохром Ъь выполняет ту же функцию, но на уровне редокс-потенциалов около нуля.
