ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура, функциональные и некоторые физикохимические свойства Na, К-АТФазы из "Биологические мембраны Структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами" К настоящему времени накоплены сведения о структуре, внут-римембранной организации, структурной динамике и механизмах функционирования некоторых ключевых интегральных белков, таких как гликофорин, цитохром Ьд, родопсин, бактериородопсин, аденилатциклаза, транспортные АТФазы и др. Охарактеризуем некоторые из них. [c.34] На долю белка полосы 3 приходится около 25 % общего количества мембранных белков эритроцитов человека. Этот белок имеет два высокоспециализированных домена. С-концевой домен встроен в липидный бислой мембраны и отвечает за перенос хлорид-, бикарбонат-, фосфат-анионов, поэтому белок полосы 3 называют анионным обменником. Его цитоплазматический N-концевой участок представляет собой полипептид с молекулярной массой 43 кДа, который может быть отщеплен от мембраны протеолитическими ферментами. Эта область белка полосы 3 способна связывать анкирин, белки полос 4.1 и 4.2, гемоглобин, некоторые гликолитические ферменты. К нему могут присоединяться и другие внутриклеточные белки и ферменты, например, аденилатциклаза. [c.35] Мембраносвязанные ферменты катализируют реакции, как правило, полностью протекающие по одну сторону биомембраны. Интегральные белки-ферменты присоединяют субстраты на одной стороне мембраны и выделяют продукты на противоположной стороне. Поэтому каталитическая реакция носит векторный (направленный) характер, а сами мембраносвязанные ферменты называют векторными. При этом ограниченная проницаемость мембран обеспечивает разделение компонентов реакции и образование концентрационных градиентов. К векторным ферментам биомембран относят аденилатциклазу (см. раздел 2.1.2), продуктом каталитической реакции которой является сАМР — универсальный регулятор важнейших метаболических процессов в клетке, а также транспортные АТФазы. В табл. 5 представлены сведения о классификации, виде транспортируемых ионов и локализации различных типов АТФаз. [c.35] К -АТФаза локализована в различных органах и тканях. Особенно велико ее содержание в органах, осуществляющих выделительную функцию (почки, солевые железы) или выполняющих электрическую работу (мозг, электрические органы). [c.37] К -АТФаза всегда обнаруживается в наружных плазматических мембранах клеток и является их маркерным ферментом. Она представляет собой интегральный белок, пересекающий мембрану насквозь, контактируя как с внеклеточной средой, так и с цитоплазмой. Гидролитический центр фермента обращен внутрь клетки. Изнутри осуществляется также и активация фермента натрием. Присутствие калия требуется снаружи. Как гидролитический центр, так и участки ионной активации располагаются в гидрофильном окружении в тех частях молекулы, которые выступают из фосфолипидного бислоя (рис. 8). [c.37] Молекулярная масса белковых субъединиц в среднем составляет 90—130 (а) и 35—57 ((3) кДа. В очищенных препаратах Na , К -АТФазы рядом исследователей отмечено присутствие низкомолекулярного протеолипида с молекулярной массой 10000—15000 выраженной гидрофобной природы. Его называют у-субъединицей Na -Ha o a. Предполагают, что подобные протеолипиды способствуют образованию трансмембранных ионных каналов в мембране или обеспечивают взаимодействие олигомерных белков с бислоем. [c.39] Деление протомера фермента на а- и [3-субъединицы условно под электронным микроскопом а(3-протомер выглядит как цилиндр с диаметром 5,4 нм и высотой 8,0 нм. Для проявления функциональной активности фермента необходим по меньшей мере димер с молекулярной массой 265 ООО. Однако в последнее время получены активные препараты Na , К+-АТФазы, находящиеся в мономерном состоянии. [c.40] Свободная энергия гидролиза АТР составляет в условиях клетки 55 кДж/моль, а для транспорта указанных ионов требуется 46 кДж/моль, т.е. коэффициент полезного действия натриевого насоса равен 84 %. Натриевый насос работает в электроген-ном режиме за каждый транспортный цикл из клетки выносится один положительный заряд. В результате на внутренней стороне плазматической мембраны создается отрицательный потенциал порядка 90 мВ. [c.40] Эта схема согласуется с представлениями о функционировании Na К -АТФазы в виде димера, протомеры которого работают согласованно, но находятся на разных стадиях ферментативного цикла активация натрием одного протомера совпадает по времени с активацией калием другого. [c.42] Открытие окклюдированных ионов явилось дополнительным аргументом в пользу модели транспорта катионов Ма+, К -АТФа-зой, описывающей перенос катионов через мембрану как их перемещение через канал с калиткой (Р. Ьаи ег, 1991). Согласно этой модели (рис. 9) катионы перемещаются через канал, образуемый полипептидной цепью а-субъединицы фермента. При этом вокруг катиона происходит формирование энергетического барьера (калитки), которая открывается и закрывается при фосфорилирова-нии — дефосфорилировании белка. Собственно перемещение ионов представляет собой серию дискретных стадий, когда катион, соединившийся с катион-связывающим центром (при этом канал открыт только с одной стороны), переходит в окклюдированное состояние внутри канала (канал открыт. с обеих сторон), а затем освобождается с противоположной стороны мембраны (канал открыт с противоположной стороны мембраны). [c.43] Нехшп et а1. (1970), изучая влияние pH на и мембраносвязанной Ка% -АТФазы из ткани мозга крысы, показали наличие в фермент-субстратном комплексе ионизирующихся групп со значениями рК 7,1 7,5 7,6, которые соответствуют величинам рК для аминогрупп гистидина, цистина и а-амино-кислот соответственно. [c.43] Считают, что структурной единицей Ка , К -АТФазы является димер (ар)2, а минимальной функциональной единицей — (а(З)-протомер (или а-субъединица). Олигомерный ансамбль ((аР)2-димер) АТФазы поддерживается в основном за счет взаимодействий а-субъединиц с цитоплазматической стороны в районе АТР-связывающ их центров, что обеспечивает стабильность четвертичной структуры, необходимой для проявления функциональной активности белка. Вместе с тем с функциональной точки зрения каждая а-субъединица в стабилизированном состоянии обладает полной гидролитической и транспортной активностью. Однако вопрос о биологической роли олигомеров фермента, образуемых в мембране, изучен далеко не полностью. По-видимому, наличие олигомерной структуры Ка , -АТФазы обеспечивает возможность реализации гибких механизмов , контролирующ их активность мембраносвязанного фермента (см. раздел 2.3.3). [c.46] В отсутствие К и Na во внешней среде Na -Ha o может обеспечивать несопряженный выброс Na , осуществляющийся в процессе гидролиза АТР. Стехиометрия работы насоса в этом режиме составляет 2—3 иона Na на 1 моль АТР. [c.47] Чувствительность Ма , К -АТФазы и На+-насоса к одновалентным катионам одинакова. Этот факт можно рассматривать как доказательство идентичности центров активации Ка , К+-АТФа-зы натрием и калием и центров, обеспечивающих их транслокацию. Об этом же свидетельствует соответствие стехиометрии транспорта ионов (Ка /К = 3/2) количеству ионсвязывающих участков на одной молекуле фермента. [c.48] Вернуться к основной статье