Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Другой путь пролегает где-то в середине мембраны. Он ведет к гему bi и требует FeSm. Путь тормозится посредством БАЛ, который разрушает FeSm-кластер в присутствии кислорода. Такой же эффект имеет экстракция FeSm-белка из мембраны. Кроме БАЛ существует еще ряд ингибиторов, действующих на этот путь. Среди них миксотиазол, муцидин и 5-га-ундецил-6-окси-2,7-диоксобензотиазол (см. обзор: [1597]).
ДЦКД, ингибитор протонного канала в Н+—АТР-синтазе и ряда других генераторов и потребителей АрН, вызывает образование сшивки между FeSm-белком и одной из мелких субъединиц комплекса Ъсх [1090,955, 282]. Такой эффект приводит к торможению переноса электронов [295, 1090, 1250]. Отмечалось также, что цитохром b также может модифицироваться посредством ДЦКД. При этом изменяется спектр этого цитохрома [233]. Ингибиторный эффект ионов Zn3+ на Ъсх-комплекс, вероятно, направлен на FeSm [125].
Редокс-потенциалы переносчиков электронов, присутствующих в CoQ — цитохром с-редуктазе, хорошо согласуются со схемой Q-цикла. Для гемов bi и bh они равны соответственно —0,04В и +0,04В, для FeSm--j- 0,28В, для цитохромов сх и с — соответственно +0,22В и +0,25В. Важно, что редокс-потенциал гема bh заметно положительнее, чем гема bL, так что перенос электронов с bi на bh должен сопровождаться освобождением энергии. Эта энергия расходуется на создание АТ, так как оксидоредукция bh bi направлена поперек мембраны. Соответственно потенциал CoQ отрицательнее, чем FeSm-белка. Энергия, выделяющаяся на этой стадии, также расходуется на создание АТ, но уже за счет переноса протонов.
В то же время перенос электронов от FeSm к цитохрому сх и далее к с вдоль мембраны происходит без существенных изменений редокс-потенциала и, следовательно, без выделения энергии. Редокс-потенциалы FeSm и цитохромов типа с при физиологических pH не зависят от кислотности среды, так что эти компоненты служат переносчиками электронов, а не атомов водорода.
Считается, что переносчиком атомов водорода в Q-цикле является CoQ, как это было постулировано Митчелом, когда он выдвинул схему Q-цикла [1053]. Именно такая возможность показана
3.4. Дыхательнан цепь
121
на рис. 41, а. Однако эта схема не объясняет тот факт, что редокс-потенциалы гемов bh и bt характерным образом зависят от pH, как если бы они переносили атомы Н, а не электроны [1597].
Другая нерешенная проблема — механизм переноса Н+. Как было показано в нашей группе А. А. Константиновым и его коллегами [874], а также Гофером и Гутманом [628], редокс-потен-циал гема отвечает только на 40% общей АТ на мембране митохондрий. Этот факт согласуется с положением, что расстояние между центрами гемов в цитохроме Ъ равно 2 нм при общей толщине мембраны около 5 нм (см. выше). Сказанное означает, что трансмембранный перенос заряда, катализируемый комплексом Ьсг, складывается из переноса электрона от гема Ъг к гему (40% толщины мембраны) и переноса Н+, освобождающегося при окислении CoQH2 посредством FeSm, через остальную (60%) часть мембраны (см. рис. 41, а). Компонентами этого протонпроводя-щего пути могли бы быть гистидины FeSm-белка (см. предыдущий раздел). Обсуждается также участие апопротеида цитохрома Ъ, сердцевинных белков и малых субъединиц комплекса III.
На рис. 41, а гем bh расположен вблизи поверхности мембраны, смотрящей в матрикс, а гем bt — в середине мембраны. Такая локализация гемов Ъ была постулирована Митчелом [1053] и экспериментально доказана в нашей лаборатории А. А. Константиновым [74, 891]. Было показано, что водорастворимый непроникающий редокс-медиатор Ru(NH3)a+ (гексааминорутений) восстанавливает гем bh при добавлении к вывернутым субмитохондриальным пузырькам с такой же скоростью, как в случае выделенного комплекса Ъсх. Такого восстановления не наблюдалось, когда вместо субмитохондриальных пузырьков брали митохондрии или протеолипосомы с той же ориентацией комплекса Ьси что в митохондриях. В этих случаях для восстановления гема bh требовался проникающий медиатор ФМС.
Выяснение положения гема bh позволило также локализовать и гем bj. Судя по описанному выше ответу редокс-потенциала bi на трансмембранную A*F, этот гем должен быть примерно на полпути к противоположной поверхности мембраны.
Одно из требований схемы Q-цикла, показанной на рис. 41, а, — это участие стабильной формы аниона семихинона (CoQ^), которая образуется на FeSm и затем окисляется гемом bt. Такой компонент действительно был описан [114, 449, 875]. Есть указание, что одна из малых субъединиц Со(}Н2-цитохром с-редуктазы играет роль стабилизатора семихиона [1645], который в определенных условиях может перемещаться поперек мембраны [1252].
Суммируя рассмотрение механизма Д[Щ-генерации комплексом Ъсх. мы хотели бы подчеркнуть, что один существенный момент представляется достаточно твердо установленным, несмотря на обилие неясностей в деталях обсуждаемого механизма. Показано, что перенос одного восстановительного эквивалента от CoQIi2
122
3. Первичные Д,иН-генераторы
к цитохрому с приводит к транслокации одного заряда, причем этот процесс сопровождается выделением двух ионов Н+ в меж-ме мбранное пространство-
