Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
3 нм [1150].
Na+/K —АТРаза встроена в протеолипосомы, способные к ATP-зависимому антипорту Na+ и К+. Как показал метод травления замороженных образцов, протеолипосомы содержат частицы размером 9—12 нм, что примерно соответствует высоте сс2ра-ком-плекса.
Была выяснена а.минокислотная последовательность Na+/K+— АТРазы. Анализ профилей гидрофобности свидетельствует о наличии семи а-спиральных колонн в а-субъединице и четырех в Р-субъединице [93, 104, 105, 107, 1151, 1339].
N-концевой домен сс-субъединицы смотрит в цитоплазму. Карбоксил одной из дикарбоновых аминокислот, локализованных в этом домене, фосфорилируется посредством АТР при образовании фосфофермента в процессе АТРазной реакции [1339].
Механизм Na+/K+—АТРазы описывается в рамках общей схемы ЕХЕ2—АТРаз:
?^авнутр
Ei АТР-->EjP + ADP, (61)
Е,Р-»Е;Р, (62)
тл*?"
наруж
Е2р-->E2-fP., (63)
. Е2-»Ех. (64)
Согласно схеме, ионы Na+ (по всей вероятности, Na^yT?) необходимы для фосфорилирования фермента. Фосфофермент претерпевает конформационное изменение (Ех —> Е2) и распадается на Е3 и фосфат в присутствии ионов калия (Кнагуж)- Затем Е2
388
7. Натриевый мир
релаксирует в Ех. Состояние ЕаР фиксируется оуабаином. Олиго-мицин влияет на состояния Ej и EjP, стимулируя связывание Na+ (Kd для Na+ снижается с 340 до 60 мкМ). При этом Ка для К+ не изменяется (6 мкМ). Имеется положительная кооператив-ность в связывании 3Na+ и 2К+ (см. обзор: [997]).
Pb+, Cs+, NH4, Tl+, Li+, Na+ могут, хотя и в разной степени, заменять ион К+. Что касается иона NaT, то его роль более специфична. Среди перечисленных катионов только Li+ может использоваться вместо Na+, цричем скорость гидролиза АТР снижена, а сродство фермента к Li гораздо меньше, чем к Na+. Интересно, что Na+ можно заменить ионом водорода, причем Н+ имеет по крайней мере на два порядка большее сродство к Na+/K+—АТРаз^ чем Na+. Тот факт, что фермент в физиологических условиях переносит Na+, а не Н+, обусловлен гораздо большей концентрацией Na+, чем Н+ в цитоплазме. Однако в более кислых средах (pH 5,7) удается наблюдать Н^/К^-антипорт и АТРазную активность без Na+ [676]. Возможное значение этого обстоятельства мы обсудим ниже (см. раздел 7.2.3).
Другая Na'-транспортирующая АТРаза была описана Провер-био, Дель Кастилло и их коллегами в базолатеральных мембранах из клеток эпителия тонкого кишечника [456] и проксимальных почечных канальцев [989, 1215, 1216]. Она отличается от Na+/K+—АТРазы. Прежде всего для активности не нужен К+. Фу-коземид тормозит фермент, в то время как оуабаин не влияет. На Na+/K+—АТРазу фукоземид не действует. Na+ активирует гидролиз АТР. Среди других катионов активен только Li+, хотя и в меньшей степени, чем Na+. В противоположность Na+/K'L — АТРазе фермент стимулируется микромолярными концентрациями Са2+. Он отличается от Na+/K+—АТРазы по pH-оптимуму и K'd для Na+. Авторы назвали обнаруженную активность Na+—АТРазой и предположили, что она ответственна за оуабаинустойчивую фракцию транспорта Na+ в животных клетках.
7.2. Утилизация AjjNa, образуемой первичными AjlH-генераторами
7.2.1. Осмотическая работа
7.2.1-1. Na+, метаболит-симпортеры
У алкалотолерантной V. alginolyticus, располагающей Ка+— NADH-хинонредуктазой, обнаружены Na+, метаболит-симпортеры, ответственные за аккумуляцию 19 аминокислот и сахарозы [807, 1509]. Наиболее детально изучен транспорт а-аминоизобу-тирата (АИБ). Показано, что, во-первых, Na+ необходим для аккумуляции АИБ, во-вторых, дыхание может поставлять необхо-
7.2. Утилизация ДиХа, образуемой первичными Д(дН-генераторами 389
димую энергию и, в-третьих, аккумуляция АИБ устойчива к ротонофору и [1509]. Na", АИБ-симпортер описан также у V. costicoia [673, 893].
Показано также, что накопление К+ в клетках V. alginolyti-cus при щелочных pH поддерживается энергией АЧ*', генерируемой Na+ — NADH-хинонредуктазой. При pH > 8,0 Na''-зависимый: импорт К+ снижает А^Р без образования АрН [1508].
]\та+-зависимое накопление метаболитов в алкалофильных бациллах было описано в ряде сообщений [657, 658, 660, 853, 854, 880, 888, 1471]. Однако остается неясным, как эти алкалофилы образуют ApNa. Авторы постулируют, что Ар!Н служит источником энергии для генерации ApNa (см., однако, ниже раздел 7.2.1.2). В любом случае следует подчеркнуть, что в доступной литературе нам не удалось найти сообщений о Na+-He3aBnciiMOM импорте метаболитов в алкалофильные или алкалотолерантные бактерии при щелочных значениях pH.
Нейтрофильные бактерии, живущие при низких или умеренных концентрациях NaCJ, обычно используют Н+, а не Na+ в качестве симпортир емого иона (см. выше раздел 5.2.7.1). Однако есть и исключения из этого правила. Так, пролин транспортируется вместе с Na+ в клетки Mycobacterium phlei [917], Salmonella typ-himurium [339] и E. coli [370, 1453].
Интересный «дуалистический» механизм импорта метаболита был описан у Е. coli. Оказалось, что эта бактерия использует альтернативно Н+ или Na+ в качестве сопрягающего катиона при аккумуляции мелибиозы [230, 1493, 1526]. По Димроту и Томер [475], поглощение цитрата бактериями Klebsiella pneumoniae осуществляется переносчиком, обеспечивающим симпорт цитрата3-, 2Na+ и 2Н+. Это означает, что движущей силой процесса должны быть А^Р, ApNa и АрН. Попав в цитозоль, цитрат превращается в ацетат и оксалоацетат. Последний расщепляется Na+-TpaHcnop-тирующей декарбоксилазой с образованием АЧ*’ и ApNa. Продуктами реакции служат пируват и НС03. Затем пируват катаболизируется до формиата.
