Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Концепция локальной АЧ*- может объяснить данные Роттен-берга [1275, 1278], обнаружившего, что добавление к митохондриям 1—10 мМ галотана (CF3CHClBr) или хлороформа (СНС13) разобщает дыхание и фосфорилирование, стимулирует АТРазную активность не только в отсутствие, но и в присутствии разобщите-ля-протонофора, не снижая при этом уровня делокализованной АрН. Подобные эффекты можно было ожидать, допустив, что га-лотан и хлороформ специфически снижают локальную А1?. Действительно, разобщение должно происходить из-за уменьшения эффективной А]Щ. При этом делокализованная АрН не уменьшается, а разобщенная АТРаза стимулируется, если она сдерживается локальной AV. Снижение локальной АТ может быть следствием того, что диэлектрическая постоянная галотана и хлороформа гораздо выше, чем митохондриальной мембраны.
Существенно, что рассмотренные выше концепции локальной АрН и локальной А1? в рамках, например, схемы, показанной на рис. 79, не ревизуют основного принципа протонного цикла, поскольку протоны по-прежнему пересекают мембрану. В то же время удается обойтись без привлечения механизмов, в общем-то вряд ли реалистичных, которые запрещали бы протонам освобождаться в водную фазу после того, как они миновали гидрофобный барьер мембраны.
Заключая этот раздел, можно сделать следующие выводы:
1) делокализованная АрН, по крайней мере в определенных условиях, способна поддерживать синтез АТР, поскольку искусственно созданные АЧ*- и АрН обеспечивают образование АТР, скорость которого достигает значений, приближающихся к таковым при естественном способе подачи энергии в систему [1324];
2) нет сколько-нибудь прямых доказательств, что локальная АрН в отсутствие делокализованной АрН может обеспечить синтез АТР;
3) обе составляющие АрН, а именно AY и АрН, могут быть, по-видимому, частично локализованы, что достигается без каких-либо специальных механизмов просто в силу сложности конфигурации сопрягающих мембран и близкого соседства АрН-ге-нераторов и Н+—АТР-синтаз
1 Следует подчеркнуть, что в течение ряда лет проблеме локальной ДцН уделяли слишком много места в дискуссиях вокруг хемиосмотической гипотезы. Причиной тому были обстоятельства чисто психологического свой-
242
5. Потребители Ли II
5.1.2. Н+-пирофосфатсинтаза
В 1966 г. Балчевски и соавт. [216] описали образование РРг хро-матофорами Rhodospirillum rubrum под действием света. Позднее было найдено, что в темноте РР;, подобно АТР, энергизует мембрану хроматофоров [215, 827, 828]. Опыты в нашей группе показали, что гидролиз РРг генерирует А? на мембране хроматофоров [758, 225], а также протеолипосом, содержащих очищенную пирофосфатазу Rh. rubrum [871]. Затем Шахов и соавт. [1363] продемонстрировали активный транспорт Н+ в пирофосфатазные протеолипосомы, а Нирен и Балчевски [1119] сообщили о синтезе АТР за счет энергии гидролиза пирофосфата протеолипосомами, содержащими пирофосфатазу и Н+—АТР-синтазу из Rh. rubrum. Протонофоры блокировали процесс. В хроматофорах был показан протонный контроль пирофосфатазной активности, которая возрастала в 8 раз при рассеянии Д(1Н [1462].
Перечисленные данные представляются достаточными для заключения, что мембранная пирофосфатаза хроматофоров Rh. rubrum обладает активностью Н+-насоса, катализируя обратимое взаимопревращение энергии Д|ШиРРг. Поэтому данный фермент может быть определен как Н+-пирофосфат-синтаза.
Механизм действия фермента и его молекулярные свойства остаются неясными. Известен лишь набор ингибиторов, подавляющих пирофосфатазную активность как мембранной, гак и растворимой формы фермента: фторид, имидодифосфат, N-этилма-леимид, 4-хлор-7-нитробензо-2оксо-1,3-диазол и антибиотик дио-9. Олигомицин не влияет на фермент [1120]. ДЦКД снижает активность пирофосфатазы в хроматофорах, но не в растворе и не в протеолипосомах [1120, 1363]. Образование А? протеолипосомами чувствительно к ДЦКД [871].
На первый взгляд, функцией Н+-пирофосфатсинтазы в клетках Rh. rubrum должен быть синтез РРг за счет энергии света или дыхания либо генерация AjlH за счет гидролиза РРг. Однако в первом случае неясна дальнейшая судьба образованного пирофосфата, который в клетках обычного типа расщепляется растворимой пнрофосфатазой, чтобы удерживать концентрацию РРг-
ства (сл. ниже раздоя 9.7). В это время любое наблюдение, которое сразу не удавалось объяснить хемиосмотической теорией, заносили в реестр явлений локального сопряжения. В результате возникли «микрохемиосмоти-ческая», «полухемиосмотическая», «электродная» и другие концепции протонного цикла. Часть этих наблюдений впоследствии не подтвердилась, другие удалось согласовать с ортодоксальной («макрохемиосмотической») точкой зрения, а некоторые так и остаются непонятными, что в общем-то не удивительно, если учесть всю сложность исследуемой системы. В одном случае анализ устойчивой к протонофору (а значит, как тогда думали, «микрохемиосмотической») системы превращения энергии привел к открытию нового типа бактериальной мембранной энергетики, основанного на циркуляции Na+, а не Н+ (см. ннже гл. 7).
