БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 3

ЧАСТЬ V. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ

ГЛАВА 36. МЕМБРАННЫЙ ТРАНСПОРТ

Заключение

Транспорт молекул и ионов через биологические мембраны осуществляется трансмембранно ориентированными белками, которые формируют каналы. Транспорт является пассивным, если ∆G для транспортируемого компонента отрицательно; в случае активного транспорта величина ∆G положительна. Изменения свободной энергии зависят от соотношения концентраций транспортируемого компонента по двум сторонам мембраны и от мембранного потенциала, если мембрана заряжена. Активный транспорт требует вклада свободной энергии. Наиболее распространенная система транспорта в животных клетках - (Na⁺ + К⁺)-насос, который выводит из клетки три иона Na⁺ и насасывает в клетку два иона К⁺ за счет энергии гидролиза одной молекулы АТР. В присутствии Na⁺ ATP фосфорилирует аспартатную боковую цепь в α-субъединице этого ферментативного комплекса с субъединичным составом α₂β₂. Образовавшееся фосфорилированное промежуточное соединение гидролизуется в присутствии К⁺. Эту последнюю реакцию подавляют кардиотонические стероиды (например, дигиталис), являющиеся высокоспецифичными ингибиторами (Na⁺ + К⁺)-насоса. В результате цикла конформационных изменений, обусловленных фосфорилированием и дефосфорилированием, происходит перенос ионов Na⁺ и К⁺. Транспорт ионов кальция, играющих важную роль в регуляции мышечного сокращения, осуществляется иной АТРазной системой, локализованной в мембране саркоплазматического ретикулума. Однако и в этом случае процесс транспорта сопряжен с фосфорилированием остатка аспартата. Обе системы транспорта - как Са²⁺, так и (Na⁺ + К⁺) - удалось реконструировать из соответствующих очищенных АТРаз и фосфолипидов.

Для ряда транспортных систем непосредственным источником энергии служит не гидролиз АТР, а градиент концентрации ионов. Так, активный транспорт глюкозы и аминокислот в ряде животных клеток сопряжен с одновременным входом Nа+; такой процесс называется котранспортом. Одновременный вход Na⁺ и глюкозы обеспечивается специфическим симпортом. (Na⁺ + К⁺)-насос создает тот градиент концентрации ионов Na⁺, который необходим для сопряженного входа Na⁺ и глюкозы. У бактерий, как правило, непосредственным источником энергии для симпортов и антипортов служит градиент концентрации Н⁺, а не Na⁺. Например, активный транспорт лактозы, осуществляемый пермеазой для лактозы, сопряжен с входом протона в бактериальную клетку. Этот транспортный процесс протекает за счет протонодвижущей силы, генерируемой переносом электронов по дыхательной цепи. Бактериям свойствен и иной тип транспорта, а именно так называемая транслокация групп; в этом случае происходит модификация растворенного вещества в процессе переноса. Так, фосфотрансферазная система, переносящая сахара, фосфорилирует их (например, глюкозу в глюкозо-6-фосфат) по мере поступления в клетку. Донором фосфорильной группы в этом процессе служит фосфоенол- пируват. Фосфорилирование опосредовано тремя разными ферментами и небольшим белком (НРг) - переносчиком фосфорильной группы.

Клетки прокариот и эукариот содержат также наполненные водой каналы, по которым ионы и небольшие полярные молекулы могут пассивно диффундировать сквозь мембраны. Например, в наружных мембранах грамотрицательных бактерий имеются пориновые каналы диаметром около 10 А. Между соприкасающимися клетками высших организмов во многих случаях имеются щелевые соединения. По этим каналам диаметром 20 А ионы и большинство метаболитов (например, моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды) могут перетекать из одной клетки в другую. Щелевые соединения закрываются под действием Са²⁺. Эти протоки между соприкасающимися клетками играют важную роль в межклеточной коммуникации.

Транспортные антибиотики повышают проницаемость мембран для определенных ионов, функционируя в качестве подвижных переносчиков (например, валиномицин) либо каналообразователей (например, грамицидин А). Молекула антибиотика подвижного переносчика, имеющая форму скорлупы ореха, связывает в центральной полости один ион металла. Благодаря углеводородной периферической части весь комплекс способен проходить сквозь внутренний углеводородный слой мембраны. Каналообразующие антибиотики формируют пронизывающие мембрану водные поры.