Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
С одной стороны, вероятно, стабилизация AjIH необходима прежде всего в мембранах, располагающих сразу многими путями образования и использования АйН. Такова, например, цитоплаз-
374 6. Регуляция, транспорт и стабилизация протонного потенциала
матическая мембрана дышащих или фотосинтезирующих бактерий, где имеются дыхательные (фотосинтетические) AjIH-генераторы, Н+—АТР-синтаза, ЛиЛ Г-зависимые переносчики и Н+-моторы.
С другой стороны, проблема стабилизации AjIH может и не стоять у анаэробных неподвижных бактерий, живущих гликолизом. В их цитоплазматической мембране есть только один тип AjIH-генераторов (Н+—АТРаза, использующая гликолитический АТР) и один тип потребителей AjIH (Н+, метаболит-симпортеры). Как раз в этой группе микроорганизмов можно найти представителей, у которых содержание Na+ внутри клетки оказывается выше, чем снаружи (см., например, [1442]). Та же логика справедлива применительно к внутриклеточным пузырькам и органел-лам, специализированным на AjIH-зависимом синтезе АТР(хро-матофоры бактерий-фотосинтетиков, митохондрии и хлоропласты). Они используют упрощенные варианты механизма стабилизации AjIH.
6.3.2, Другие системы стабилизации AjTH
Обычно биологическая мембрана делит некий объем на две неравные части. Поэтому активный транспорт ионов Н+ через мембрану изменяет pH в основном (или даже исключительно) в меньшем отсеке. Если в этом отсеке нет ферментов, то механизм стабилизации AjIH может быть упрощен таким образом, что его натриевый компонент попросту отсутствует. Наиболее демонстративный пример — тилакоиды хлоропластов. Здесь ионы Н+, транспортируемые через мембрану, освобождаются во внутритилакоидное пространство, которое представляет собой очень узкую щель, поперечник которой того же порядка, что и толщина мембраны. В этой щели практически нет ферментов. Поэтому нет риска, что закисление внутритилакоидного пространства инактивирует какой-либо ферментативный процесс. Как уже отмечалось выше (раздел 3.3.5), стабилизация AjIH происходит за счет перехода AY -> АрН, сопровождающего перенос К+, Mg2+ и С1" через мембрану тилакоидов. Поскольку внутритилакоидное пространство очень мало по сравнению с объемом стромы хлоропласта, АрН образуется почти исключительно за счет закисления среды внутри тилакоида, pH которой может быть на 3 единицы ниже, чем в строме.
Некоторая стабилизация AjIH необходима хлоропласту из-за колебаний интенсивности света, всегда происходящих в естественных условиях. Вероятно, по этой причине хлоропласт превращает AY в АрН.
Та же проблема существует и в бактериальных хроматофорах. У Rhodospirillum rubrum она может быть решена посредством Н+—РРг-синтазы. Этот весьма активный фермент использует
6.3. ЛцН-буферы
375
AjTH, чтобы образовать РРг из 2Рг. Путей утилизации РРг, соизмеримых по скорости с Н+—РРгсинтазой, для этой бактерии описано не было. Мы предположили, что главный путь превращения РРг у Rh. rubrum — это гидролиз РРг с образованием AjlH при обращении Н+—РРгсинтазной реакции [1403]. Синтез АТР есть основная функция хроматофоров. Существенно, что РРг- стабилизирует AjlH на уровне, достаточном для синтеза АТР, поскольку энергии гидролиза РРг и АТР близки.
Внешняя мембрана клеток высших растений, вероятно, стабилизирует AjlH тем же путем, что тилакоиды. Протоны, откачиваемые из клетки Н+—АТР-синтазой, оказываются в узком межклетнике, где pH может быть на две единицы ниже, чем в цитоплазме.
У пресноводных цианобактерий ApNa правильного направления не может быть образована из-за низкой [NaT]HapyiK- Здесь емкость AjlH-буфера невелика, поскольку используется только одна его составляющая — АрК [310].
Для митохондрий проблема AjlH-буфера стоит не так остро, как для бактерий и хлоропластов, поскольку уровень дыхательных субстратов колеблется, как правило, в меньшей степени, чем уровень света. Неудивительно поэтому, что AjlH в митохондриях представлена главным образом в виде AY. Среди возможных претендентов на роль AjlH-буфера здесь можно назвать унипорт К+, а в тканях с сильно меняющейся активностью типа мышечной — объединение митохондрий в митохондриальный ретикулум.
6.3.3. Карнозин и ансерин
как специализированные рН-буферы
В мышцах есть по крайней мере одна специфическая система, существенная для стабилизации AjlH и для гомеостаза в целом. Мы имеем в виду гистидинсодержащие дипептиды карнозин и ансерин (соответственно р-аланилгистидин и р-аланил-Г\Г-метил-гистидин). Первое из этих веществ было открыто еще в 1900 г. русскими биохимиками В. С. Гулевичем и С. Амираджиби [661]. Однако функция дипептидов и поныне считается неясной.
Почти все количество карнозина и ансерина, имеющееся в организме, находится в мышцах, где их концентрация может достигать 0,1 М. В подавляющем большинстве других тканей эти дипептиды отсутствуют. Исключение составляют лишь клетки слизистого эпителия желудка и хеморецепторные нейроны обонятельного эпителия.
В мышцах наиболее яркий эффект дипептидов был описан
С. Е. Севериным и соавт. в 1953 г. [116]. Было обнаружено, что добавление карнозина к раствору Рингера, используемому для перфузии изолированной мышцы, резко удлиняет время, в течение которого мышца может работать без утомления. Как показали
