Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Альтернативная возможность показана на рис. 117,г. Здесь первичный Д|Ша-генератора заряжает мембрану, а Н+-унипор-тер облегчает электрофорез ионов Н+ под действием образованной ДЧ*1. Количественные измерения, проведенные Гуффанти и сотр. 1660], находятся в хорошем соответствии с последней схемой. Было найдено, что при рНнаруж 11,5 рНвнуТр равно 9,0 а ДЧ*1 около 160 мВ, т. е. ДрН примерно соответствует величине ДЧ*1, как то и должно быть по схеме г на рис. 117. (Следует, однако, отметить, что Гуффанти и его коллеги предпочитают объяснять свои данные в рамках схемы в на рис. 117 [656, 887]).
Каждый из двух процессов, показанных на рис. 117,г, уже описан в тех или иных биомембранах. Так, Д]Ша-генераторы, использующие энергию дыхания, гидролиза АТР или декарбок-силирования, обнаружены у определенных прокариот (см. выше раздел 7.1). Что касается Н+-унипорта, также фигурирующего на схеме г (см. рис. 117), то он продемонстрирован во внутренней мембране митохондрий мышц и бурого жира животных, адаптированных к холоду (см. обзоры [126, 1108] п раздел 5.4.2), (О регуляции pH у бактерий см. также ниже раздел 7.3.)
Ионы Na+ участвуют также в pH-гомеостазе животных и растительных клеток. У животных твердо установлено, что именно Na+/Н+-антипортер ответствен прежде всего за постоянство внутриклеточного pH. Эта система будет обсуждаться ниже в разделе 7.5. У растений Ка+/Н+-антипорт происходит как во внешней мембране клетки, так и в тонопласте [272, 1197]. Изучение последней системы показало, что антипортер чувствителен к амилориду, подобно тому как это имеет место у животных [32] и бактерий 11197].
7.2. Утилизация ДцХа, образуемой первичными lull-генераторами 393
7.2.2. Механическая работа
Существует по крайней мере один пример, когда механическая-работа совершается за счет Д]ВДа, образуемой первичным Na+-насосом. Как было показано в нашей группе П. А. Дибровым, движение V. alginolyticus: 1) наблюдается только в присутствии Na+, 2) может поддерживаться искусственно созданной ApNa. (но не ДрН), причем моненсин снимает этот эффект, и 3) происходит, хотя и со сниженной скоростью, в присутствии высокой концентрации протонофора (1 -10 4 М ХКФ). В 100 раз меньшая концентрация ХКФ полностью подавляет движение, если добавить моненсин. В отсутствие ХКФ моненсин лишь слегка снижает скорость движения, поддерживаемого дыханием. Было сделано заключение, что флагеллярный мотор V. alginolyticus использует энергию Д]Ша, а не Д|1Н [131, 376, 464, 465, 1416—1418].
Na+-3aBHCHMoe движение показано также у алкалофильных: бацилл, а именно у Bacillus sp. YN-1 и Bacillus firmus [729, 730,. 754, 853, 1469—1471]. Ha Bacillus sp. YN-1, изученной более детально, показано, что Na+ необходим для движения, которое лишь частично тормозится протонофором. Продемонстрировано также, что ApNa и ДЧ*', генерируемые энзиматически, эквивалентны друг другу в качестве источников энергии для движения.. К сожалению, механизм образования Д]Ша этими микроорганизмами остается неясным. Та же неопределенность имеет место и в случае Pseudomonas stutzeri, у которого впервые была отмечена потребность в Na+ для движения [865].
Сравнительное исследование Na+- и Н+-моторов выявило ряд существенных различий. Так, было найдено, что зависимость скорости движения от A'iJ.Na имеет порог в области 100 мВ, ниже которого бактерии неподвижны [729]. Эта величина значительно выше той, что была описана для ДрШ-зависимого движения некоторых нейтрофилов. Высокий порог характерен также для Na+-M0T0pa V. alginolyticus [464]. В последнем случае это может быть вызвано тем обстоятельством, что ротор (М-диск) оказался меньшего диаметра, чем другие диски, в то время как диаметр М-диска Н+-моторов равен или больше такового других дисков [11, 99, 207].
По аминокислотному составу флагеллин алкалофильной В. firmus и флагеллин нейтрофилов подобны, за тем исключением, что в первом случае содержание основных аминокислот ниже [659].
Специальное внимание следует уделить сравнительному изучению энергетики различных видов Vibrio, так как среди них есть эпидемиологически весьма важный Vibrio cholerae. Как было отмечено в нашей группе П. А. Дибровым, движение V. cholerae и морского V. harveyi имеет характеристики Na+-M0T0pa, подобного V. alginolyticus. Феррис и соавт. [557] описали структуру базального тела флагеллы V. cholerae. Было выявлено полное, сходство с таковой V. alginolyticus (см. выше раздел 5.3.1).
394
7. Натриевый мир
Хорошо известно, что V. cholerae образует токсин, вызывающий выброс соли из тканей в кишечник. Может быть, эта соль необходима V. cholerae для Na+-9HepreTHKH этого вибриона. (Относительно Ма+-энергетики У. costicola и V. parahaemolyticus см. выше раздел 7.1.2.)
7.2.3. Химическая работа
Как уже отмечалось в разделе 7.1.1, две №+-транспортирующие декарбоксилазы, встроенные в одну протеолипосому, могут быть сопряжены посредством AjINa, так что декарбоксилирование одного субстрата ведет к карбоксилированию другого. В этой модельной системе AjINa выполняет химическую работу. Однако наиболее важным видом химической работы, совершаемой сопрягающими мембранами, служит синтез АТР. Вот почему демонстрация фосфорилирования ADP неорганическим фосфатом за счет энергии AjINa считалась центральной задачей исследований по натриевой энергетике [685].
