Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Образовавшись, CoQH2 перемещается в направлении противоположной стороны мембраны (на рис. 23 этот процесс обозначен волнистой стрелкой 6). Примерно на полпути от одной поверхности мембраны к другой CoQH2 окисляется в семихинонную-форму (реакция 7) посредством негемового железосульфопротеида,. сокращенно обозначаемого FeS (структура различных FeS центров показана на рис. 22). CoQH2 теряет при окислении два протона, которые затем переносятся в воду, расположенную на рис. 23 под мембраной. Что касается электрона, перешедшего с CoQH2. на FeS, то он используется в конечном итоге для восстановления димера бактериохлорофилла, окисленного на первом этапе цикла. В переносе электрона от FeS к (EX.i)2f (реакции 8—10) участвуют цитохромы типа с (для jRh. rubrum, где данная реакция хорошо изучена, это цитохромы с2 и с2).
CoQ~, получающийся из CoQH2 при потере последним одного-электрона и двух протонов, восстанавливает гем Ъг (реакция 11)_
50
3. Первичные АцН-генераторы
соон соон
Рис. 21. Протогем, или гем Ь,— производное железопорфирина, входящее в состав цитохромов Ь
Тот же гем содержится в гемо- и миоглобинах. Гемы а и с, найденные соответственно в цитохромах групп а и е, отличаются от цитохрома Ъ заместителями при пиррольных кольцах (указаны на рис.)
Гем bt передает электрон предварительно окисленному гему Ь/, (реакция 12). Цикл завершается диффузией образованного CoQ к верхней поверхности мембраны (волнистая стрелка 13).
Общим итогом процесса оказывается генерация AjIH вследствие переноса через мембрану двух ионов Н+ на каждый поглощенный фотон.
Энергетика цикла оплачивается фотонами, поглощенными бак-териохлорофиллом. Последний, перейдя в возбужденное состояние под действием света, резко изменяет свой редокс-потенциал, который становится около —950 мВ вместо 440 мВ в невозбужденном состоянии. Все дальнейшие реакции переноса электронов протекают с выделением энергии, будучи направленными в сторону положительных редокс-потенциалов (рис. 24).
Белки, катализирующие циклический перенос электронов, удаетея разделить на два комплекса, составленные из нескольких полипептидов, а именно на комплекс реакционных центров и Ьсх-комплекс (см. обзоры: [72, 389, 1169, 1379]).
3,1. Циклическая светозависимая редокс-цепь
5*
Рис. 22. Три примера железосерных кластеров негемовых FeS-npo-теидов
Кластер, содержащий один атом Fe (1)ш был описан в рубредоксине из Clostridium pasterianum. Однако, как правило, атомов железа больше — два или четыре. Такие ЕеБ-протеиды найдены у многих бактерий, митохондрий и хлоропластов. В рубредоксине все атомы серы (2) принадлежат остаткам цистеина белка. В «двужелез' ных» системах в образовании комплекса наряду с четырьмя цистеинами участвуют еще две серы в форме сульфида (S2-)
В кластерах с четырьмя атомами Fe количества S*- и цистеинов равны четырем
3.1.2. Комплекс реакционных центров
3.1.2.1. Белковый состав
Комплекс реакционных центров из Rh. rubrum состоит из трех белковых субъединиц: тяжелой (Н), средней (М) и легкой (L), набранных в стехиометрии 1:1:1 [1136]. Н-субъеди-ницу удается отделить от комплекса без потери последним способности к светозависимому переносу электронов [550, 1592]. Обработка протеиназой удаляет-также и небольшую часть М-субъединицы. Получающийся при этом комплекс, содержащий интактную L-субъединицу и большую часть М-субъединицы, все еще может окислять цитохром; с2 под действием света [1592].
Комплекс реакционных центров Rps. viridis содержит кроме-Н-, М- и L-субъединиц еще и прочно связанный цитохром с четырьмя темами с-типа. Молекулярные массы этого цитохрома, Н-,. М- и L-субъединиц, полученные посредством электрофореза в до-децилсульфате натрия, оказались равными соответственно 38,. 35, 28 и 24 кДа [1505]. Однако определение первичной структуры,, сделанное впоследствии Дайзенхофером и соавт. [454, 1026], дало величины 40,5, 28,3, 35,9 и 30,6 кДа (336, 258, 323 и 273--аминокислотных остатка) (рис. 25).
Определение аминокислотной последовательности М-субъеди-ницы из бактерии того же рода, но другого вида, а именно Rps.. sphaeroides [1600], показало, что ее молекулярная масса равна 34 кДа (307 аминокислот) вместо величины 24 кДа, полученной при электрофорезе [1137].
52
3. Первичные A |mH-генераторы
Цитоплазма 2Н’’
Периплазма или внутренность
Рис. 23. Циклическая редокс-цепь пурпурной фотосинтезирующей бактерии Ph. rubrum
БХл — бактериохлорофилл; БФео — бак-териофеофитин; Од и Qb — Две молекулы убихинона, связанного с белками реакционных центров; и bj — высоко-и низкопотенциальные гемы цитохрома Ь; FeS — негемовый железосеропротеид; et и с2 — соответствующие цитохромы
Рис. 24. Среднеточечные редокс-по-тенциалы переносчиков электронов в фотосинтетических системах пурпурных и зеленых бактерий (по: Матсуура и Даттон [1002])
(БХл),*
‘ БХл
\
БФео
\
CoQ b^ ci FeS
H;S-
? М Q
шф. (БХл) 2 Зеленые бактерии
Пурпурные бактерии
Построение профиля гидрофобности аминокислотной последовательности М-субъединицы свидетельствует о том, что белок «одержит пять гидрофобных сегментов, составленных по крайней мере из 20 аминокислот. Каждый из сегментов обладает достаточной длиной, чтобы пересечь мембрану, будучи уложенным л а-спираль.
