Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Активное набухание связано с процессами дыхания и окислительного фосфорилирования и может быть вызвано действием электролитов, гормонов и витаминов (Са++, тироксин, неорганический фосфат, аскорбиновая кислота и др.) (Lehninger, 1962). Процесс сокращения набухших митохондрий наблюдается либо при полном восстановлении сопряженного с дыханием фосфорилирования, либо при добавлении к суспензии митохондрий АТФ и Mg++ (Lehninger, 1959). Ингибиторами контрактильного процесса являются олигомицин, азид натрия, грамицидин и дикумарол. Привлекает внимание известный параллелизм между действием ингибиторов окислительного фосфорилирования на процессы фосфорилирования и сокращения. Так, указанные агенты действуют на оба процесса практически в одной и той же концентрации, что может свидетельствовать о существо-
60 СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
вании связи между механизмом фосфорилирования, сопряженного с дыханием, и механохимическими изменениями митохондриальных мембран.
Среди многочисленных работ, посвященных анализу пассивного и активного набухания митохондрий (Lehninger, 1962) несомненный интерес вызывают исследования обратимых низкоамплитудных колебаний объема этих органелл. В серии работ Пэкера с сотр. (Chance, Packer, 1958; Packer, 1960, 1961; Packer, Golder, 1960; Packer, Tappel, 1960), выполненных на изолированных митохондриях сердца и печени крыс, было показано, что митохондрии претерпевают обратимые изменения объема при смене уровня метаболизма. Так, при наличии субстрата и кислорода в среде, но в отсутствие АДФ, митохондрии набухают. При этом резко снижается интенсивность дыхания; цитохром b переходит в восстановленное состояние. Добавление АДФ сопровождается усилением транспорта электронов в дыхательной цепи, цитохром b переходит в окисленное состояние, а митохондрии сокращаются. Введение в среду субстрата окисления стимулирует усиление дыхания и набухание митохондрий. Действие неорганического фосфата на митохондрии в присутствии субстрата и кислорода вызывает их набухание, а введение АДФ — их сокращение. Такие же результаты были получены в опытах на интактных клетках асцитной карциномы Эрлиха, Указанные циклы могут воспроизводиться в одном опыте.
Наблюдаемые изменения светорассеяния суспензии митохондрий при различных метаболических состояниях привели Пэкера к выводу о том, что в основе наблюдаемых явлений лежат обратимые конформационные переходы макромолекул, входящих в состав митохондриальных мембран.
Этот вывод подтвердили последующие исследования. В 1965 г. (Pressman, 1965) были описаны спонтанные осцилляции объема митохондрий и транспорта ионов при действии антибиотика — ионофора валиномицина. Впоследствии осцилляции удалось наблюдать в отсутствие антибиотиков. Чередующееся набухание и сокращение митохондрий были показаны при обмене Са++ и Н+ между митохондриями и средой (Carafoli et al., 1965а, b). Пэкером с сотр. (Packer et al., 1966; Utsumi, Packer, 1967a, b) было установлено, что затухающие колебания объема митохондрий с периодом 60— 360 сек. происходят в среде с высоким pH, содержащей ЭДТА, источник энергии, АТФ-проникающий анион (ацетат, пропионат или фосфат) и одновалентные катионы (Li+, Na+, К+). Осцилляции могут возбуждаться введением в среду субстрата, проникающего аниона, АТФ или кислорода. После двух-трех циклов осцилляции затухают и могут быть вызваны вновь одним из указанных агентов. Осцилляции осуществляются за счет экзогенной АТФ или энергии отдельных участковдыхательной цепи, включая терминальный. Ингибиторами осцилляций являются двухвалентные катионы (Mg++, Са++ и8г++)иДНФ. Осцилляции митохондриального объема сопровождаются колебаниями уровня дыхания, степени окисления переносчиков электронов (НАД, цитохром Ь) и обменом протонами между митохондриями и внешней средой. Изучение осцилляций с участием антибиотиков — ионофоров и без них показало теснейшую взаимосвязь структурных изменений митохондрий с энергетическим метаболизмом и транспортом ионов. В основе наблюдаемых осцилляций лежат структурные изменения внутренней митохондриальной мембраны. Это подтверждается прямыми электронномикроскопическими исследованиями митохондрий, зафиксированных на разных стадиях колебательного процесса (Deamer et al., 1967), и данными по изменению дисперсии оптического вращения и кругового дихроиз-
ГЛАВА 4. КОНФИГУРАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ МЕМБРАН МИТОХОНДРИЙ 61
ма, указывающими на корреляцию изменения объема митохондрий с изменением структурной организации протеинов внутренней мембраны в ходе осцилляций (Wrigglesworth, Packer, 1968а, b). Следует отметить, что осцилляторные явления в биохимических процессах характерны для боль-х шинства клеточных структур (Hess, 1971).
В связи с тем, что мембраны митохондрий состоят из липопротеиновых комплексов, есть основание полагать, что изменения в конформации белков мембраны ведут к перестройке всего комплекса. Такие структурные изменения можно выявлять с помощью фосфолипаз и протеаз. Имеются сведения, согласно которым доступность белков действию протеолитических
