Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
3.5. Бактериородопсин
153
Рис. 55. Пурпурные бляшки — области цитоплазматической мембраны, состоящие из бактериородопсина и фосфолипидов
а — клетки Н. lialobium. Бляшки имеют вид гладких овальных областей; б — изолированные бляшки. На поверхности некоторых видны трещины. Известно, что они образуются с той стороны бляшки, которая обращена наружу клетки (по: Стокенпус и соавт. 1266, 1128])
154
3. Первичные А цН-генераторы
СН3 СН;
13-«ис-изомер
Рис. 56. Светозависимая полностью транс —* 13-цис-изсмерилация остатка ретиналя в бактериородоп-сине
Рис. 57. Простейшая схема действия бактериородоп-иша как Д[1Н-генератора
Горизонтальная и вертикальная штриховка обозначает соответственно бактериородопсин и фосфолипиды. и — протонированное и депротонированное Шиффово
основание, которым бактериородопсин прикреплен к лизину-216 в бактериоопсиновом полипептиде
превращение бактериородопсина оказывается сопряженным с транспортом иона Н+ через цитоплазматическую мембрану Н. halobium (рис. 57).
3.5.2. Структура бактериородопсина
Бактериородопсин оказался хронологически первым AjIH-генератором, для которого удалось выяснить первичную структуру. Это было сделано в 1978 г. Ю. А. Овчинниковым, Н. Г. Абдулаевым и соавт. [103J (см. также [1144—1147]) и позднее (в 1979 г.) Кораной и его коллегами [605]. Было показано, что белок состоит из 248 аминокислотных остатков, образующих 7 гидрофобных последовательностей (по 24—28 аминокислот каждая), прерываемых более короткими гидрофильными последовательностями. Кроме того, на С-конце молекулы белка имеется гидрофильная последовательность, включающая не менее 20 аминокислот (рис. 58).
В 1975 г. Гендерсон и Ануин опубликовали пространственную модель бактериородопсина с разрешением порядка 0,7 нм [709,
<Glu Ala Gin lie Thr Gly Arg Pro Glu Trp lie Trp Leu Ala Leu Gly Thr Ala Leu Met Gly Leu Gly Thr Leu
3.5. Бактериородопсин
155
О tn c О 3 ио >> О 1- U*) 0*1 о о lt> o>
L. о о» СЧ1 ^Г> >, r*» &. O l- C\l W-
Cl. Г-. *— —i •— С5 »— к- P- с <\i о» f\j с
3 3 3 3 ^. 3
Г"* ф ?О ф Ф <o Ф
> О 2» -Л —i >
3 >* <o 3 ф #— Ф 3 L.
Ф а» <o Ф Ф
о с _j > t/> I
u >> 3 >> и 4/) >* Ф L.
ф >* J— - JC
»— о -j О »— о *— I—
L. ф o. U 3 Ф «ТЗ 3 «О
JZ -C V"> .С ф JC J— - Ф
1— CL С ь- -Л CL. < —> с
a; <П О |Л Э о >> LO 4~> О i- >s О >, LO
2 i- ? ф см *— Ф r-^ JZ — <\i r- r-
*— r***. a. *— о г- s: r- »—^ «— о Csj cs (4) «X
<T3 r~ 3 ш «о 3 Ф TO
r— TO ф г-** Ф r— JC r—
с _1 *— < LO о CL. с
u -M 3 го <o u >> >>
>> ф ф ф Ф
V— 31 _J х: < С OO О о
ф L. 3 ф i. >> CL
-C _C ф г— JZ «Г5 r— c/>
Q_ h~ h~ > о > <
ьл 3 о >* u 3 Ф c/t >>
Ф U г— ф r— >»
Q- о U~) О — —» О
c/t г-> Ь* LO Ж О Ф LO о о 3 U~t о *гз
to о г— 1/> r- »x> w Ф г-
^ о ^ н- «— С *— r-t r— Q. —1 f\j с CNJ < 05
TO 1» L. ю «ГЗ cr Cl. i. J- ffl
X х: г— w k. Ф Ф a
s *— н- «С С < h- uo сл о с
Q. >> ф >> a. •w О о
jd г— w Ф »c w ci
< о о. О h- s: > > CL- &
О 3 3 a. u a. 3 о и
k. Ф ф *t3 w ф гтз r~~ и» о
Q_ —J > t— КП > С о Ф У—Ч
Q_ 3 CL 3 r— X О 3 о 5 со
ф ф ГТЗ r— i- Ф w ё ^
С н- __J > о Q. —J о.
,_, +j .л СХ О <t3 LT> ф О <тз LO t- о — LO rO № .
<L> ^ QJ *?? <У> г— г— m ЧО Г- cc >> •— 'TS m r—
40 X аэ «я; г- *я: r- Q- г- С r- H~ C\j > CsJ <? е4 Ш ° S
i- га 3 CP SJ> ПЗ w 3 Ч о Q
TO Ф г— ф i. Ф r— s Q
> oo С __j <з: —J с s: О К н
3 и. ф i- t_ i. ф <13 с ^ И sd
dJ >* Г— >> a> Ф JZ r— S й-
О —J ?— — ?— «?> со Cl. <? й к % ей
w s. сг* Q. 3 3 со & о
Ф >, Gj JZ w. Ф л 5
21 h- < ?— ?— b— —* <J Ем н-* о
>«, +-> г~ Ф 3 3 2 55
<b _ г— JC Ф Ф r—
О 21 < сз ?— a. —1 _1 e? ё?
л ь. _ о. lT> С О ж О r~ LO W О Ф ® 3
^ -C ? 5- О г- ГО ПЗ lO •— 00 О JC ro x: от ^
^ 1— со г- СЗ r- > г- О r- > C\J ?— C\J Q- аз1—1
Cj Cl «Л Ф r- 3 Ф «я
TO _C >?, <n ® 2
> a. У— < _1 Q_ > CD ?—< 4 S
о S
«3 <и <ТЗ i. Ф w. Ф TO о д
<D JZ r— С s
— ?— Q. >— S . СГ-
a; <D о О. 3 3 r— С СЛ 00 и
_c «л Ф Ф «ГЗ lA L. л о
Q_ CL. < —I > <c <? .
U •1
L. to С «a с 3 L. s S
>> b- S СП Г5 >• < ra ьЛ «С Ф —J Ф &н 3
156
3. Первичные ДиН-генерато^ы
Рис. 59. Пространственная организация бактериородопсина
а — карта распределения электронной плотности в пурпурной бляшке (проекция на плоскость мембраны). В центре — тример молекул бактериородопсина; ячейка двумерного кристалла; обведен а сплошной линией; б — вид сбоку модели одной молекулы бактериородопсина, реконструированной на основе карт распределения электронной плотности (по: Хендерсон и соавт. [1539, 706, 7083); в — схема, иллюстрирующая вероятное расположение семи а-спиральных колонн и остатка ретиналя в молекуле бактериородопсина <по: На-биев и соавт. [96])
3.5. Еактернородопсин
157
1539]. Недавно удалось улучшить разрешение примерно вдвое [708]. Вновь, как и в случае первичной структуры, это был первый пример, когда удалось оценить в общих чертах трехмерную структуру мембранного белка. В этой работе авторы использовали одно из многих уникальных свойств бактериородопсина, а именно его способность образовывать двумерные кристаллы в тех областях бактериальной мембраны, где он локализован in vivo. Используя электронный микроскоп и метод анализа дифракции электронов, авторы получили изображения бактериородопсина, показанные на рис. 59. Согласно Хендерсону и Ануину, полипеп-тидная цепь бактериородопсина 7 раз пересекает мембрану, формируя 7 а-спиральных колонн (каждая высотой порядка 3,5 нм), образованных в основном гидрофобными аминокислотами. На рис. 59,6 отсутствуют гидрофильные вставки, связывающие гидрофобные колонны, так как разрешение метода слишком низко, чтобы их увидеть.
