Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Что касается DAG, также образующегося при гидролизе Ptdlns Р2, он либо расщепляется до глицерина и двух жирных кислот, одна из которых (арахидоновая) — предшественник прос-тагландинов, либо диффундирует в плоскости мембраны, пока не находит своей мишени — протеинкиназы С. В отсутствие DAG прочность связи этого фермента с мембраной сравнительно слаба, а для его активации требуется относительно большая концентрация Са2+. DAG резко увеличивает сродство фермента к Са2+ и упрочивает его связь с мембраной. В результате фермент активируется и начинает фосфорилировать определенные белки, среди которых гуанилатциклаза. Фосфорилирование последней ведет к ее активации и, следовательно, повышает уровень cGMP в цитозоле [1388].
Протеинкиназа С через cGMP или более прямо активирует Na+/H+-aHTiinopTep во внешней клеточной мембране. Поскольку Na+/K+—АТРаза поддерживает низкую концентрацию Na+ внутри клетки, Na~ начинает поступать в цитозоль в обмен на ион Н+. В результате pH цитозоля сдвигается в щелочную сторону [250, 1112].
Есть ряд свидетельств, что снижение концентрации Н+ внутри клетки стимулирует ее активность так же, как повышение концентрации Саг+ [250, 712]. Другими словами, Н+ можно рассматривать как антагонист ионов Саг+ и синергист сАМР, часто тормозящий активность клетки (уровень сАМР повышается при стимуляции fS-рецепторов — см. рис. 126).
Активность любого фермента характеризуется определенным оптимумом pH. Можно предположить, что рН-оптимумы ключевых ферментов метаболизма, существенных для клеточного отве-
Рис. 126. Механизм передачи внеклеточных сигналов внутрь клетки Регуляторные эффекты обмечены пунктирными линиями, 1 и 2 означают активацию и торможение. Четыре главных внутриклеточных посредника (Н+ Са2+, сАМР и с&МР) выделены пунктирными кружками. PtdInsP2 — фосфатидилинозитдифосфат, InsP3 — инозит-1,4,5-трифосфат, DAO — диацилглицерид. Роль сигналов выполняют молекулы гормонов нейротрансмиттеров, ростоиьтх факторов и т. д. В случае катехоламинов действуют рецепто! ры а- и р-типов
412
7. Натриевый мир
Фосфатидилинозит Фосфатидилинозит- Фосфатидилинозит- Диацилглицерид 4-фосфат 4,5-дифосфат
Инозит-1,4,5-трифосфаг
Рис. 127. Образование инознттрнфосфата и диацплглицерида из фосфати-днлинозита
ха, включаемого подщелачиванием цитоплазмы, сдвинуты, скажем, в сторону более щелочных pH. Если это было бы так, то само по себе повышение цитоплазматического pH стимулировало бы ответ клетки. Более совершенная система контроля могла бы включить протеинкиназу, имеющую оптимум при щелочном pH, которая атакует ключевые ферменты, участвующие в клеточном ответе. Еще одна возможность состоит в том, что снижение [Н+] в цитозоле повышает каким-то образом цитоплазматический уровень Са2'ь. Иными словами, эффект pH реализуется через Са2* (см., например, [649]).
Пример регуляции по одному из перечисленных выше механизмов был описан недавно Хескетом и соавт. [712], показавшими, что подщелачивание цитоплазмы, подобно повышению уровня внутриклеточного Са2+, имеет следствием митогенную стимуляцию эукариотических клеток. Аналогичный эффект наблюдали также Пуисегю и соавт. [1201 —1203], показавшие, что сдвиг внутриклеточного pH от 7,2 всего лишь до 7,4 активирует процесс синтеза ДНК от нуля до максимальной скорости. В опытах использовали фибробласты, к которым были добавлены тромбин и инсулин в качестве стимуляторов клеточного деления. "
Складывается впечатление, что существуют две системы метаболизма: одна, требующая чуть более кислого pH, а другая — чуть более щелочного. Переключение с одной системы на другую могло бы достигаться активацией или ингибированием Na+/H~-aH-типортера во внешней клеточной мембране.
7.6. Общая схема соотношений протонного и натриевого циклов 413
Ион водорода — простейший ингредиент цитозоля. Он может связываться с функциональными группами многих белков. Поэтому не составляет проблемы организовать в ферменте регуляторный центр обратимого связывания ионов Н+. Диффузия Н+, ускоренная рН-буферами цитозоля, может происходить чрезвычайно быстро. Все это делает ион водорода хорошим кандидатом на роль внутриклеточного посредника регуляторных сигналов. Будущие исследования призваны показать, в какой мере клетка использует Н+ в подобных целях 2.
7.6. Общая схема соотношений протонного и натриевого циклов
Превращения энергии в мембранах, сопряженные посредством образования и использования ионных потенциалов, суммированы на рис. 128. Предполагается, что роль сопрягающих ионов исполняют Н+ (черные стрелки) или Na+ (белые стрелки).
Простые протонные схемы ап б (см. рис. 128) описывают трансформацию энергии в мембранах, специализированных на выполнении одного типа Д(1Н-зависимой работы — химической или осмотической. Схема а (см. рис. 128) реализуется в мембранах бактериальных хроматофоров и тилакоидах хлоропластов. В обоих случаях энергия света используется для образования протонного потенциала AjIH-генераторами фотосинтетической редокс-цепи. Образованная ДуШ потребляется Н+—АТР-синтазой (в хроматофо-рах Rh. rubrum — также и Н+—РРгсинтазой).
