Рубин А.Б., Шинкарев В.П. Транспорт электронов в биологических системах

Подождите немного. Документ загружается.

НАДН-

Сукцинат

<РНН

(FeS),-

цат

ssz

цат

цит c

FeS»

•+-цит

с*-

цит

Си

цат

Си

а,

Рис.

Мультиферментные

комплексы,

составляющие

дыхательную

цепь

ми-

тохондрий

оксидоредуктаза; III. убихинол: феррицитохром с-оксидоредук-

таза; IV. цитохром с: кислород-оксидоредуктаза.

Некоторые их свойства приведены в табл. 2, составленной по

данным

работы [Hatefi, Galante, 1978]. Из указанных комплек-

сов путем реконструкции (где необходимо — в присутствии цито-

хрома с) можно получить полную электронтранспортную систему

или

ее отдельные сегменты [Hatefi et al., 1962; Грин, Флейшер,

1964; Hatefi, Galante, 1978]. Расположение этих комплексов в

дыхательной цепи показано на рис. 3. Каждый комплекс состоит,

как

правило, не менее чем из пяти субъединиц. Часть из них не-

сет на себе кофакторы,

между

которыми возможен перенос элек-

тронов.

Важно отметить, что комплексы

входят

в ЦЭТ в различ-

ных соотношениях [Грин, Гольдбергер, 1968; Hatefi, Galante,

1978].

Электроны

между

комплексами переносятся с помощью под-

вижных переносчиков — убихинона и цитохрома с. Двигаясь

диффузно через липидный слой мембраны, убихинон связывает

между

собой комплексы I и III, а также II и III [Грин, Флейшер,

1964; Грин, Гольдбергер, 1968; Kroger, KHngenberg, 1973; Gut-

man,

1980]. Цитохром с выполняет аналогичную челночную

функцию

на участке

между

комплексами III и IV, диффундируя

вдоль поверхности мембраны [Грин, Гольдбергер, 1968; Chance

et al., 1980]. Возможен также непосредственный перенос элек-

тронов от одного комплекса к

другому

[Ragan, Heron, 1978; He-

ron

et al., 1978; Trumpower, 1981a].

_ Три комплекса — I, III и IV — играют роль генераторов

ДцН

сопрягающих перенос электронов с трансмембранным пе-

реносом протонов. Была показана способность этих комплексов

генерировать трансмембранную разность электрохимических по-

тенциалов ионов водорода при встраивании их в липосомы из

фосфолипидов

[Hinkle et al., 1972; Ragan, Hinkle, 1975;

Kagawa,

Таблица

3. Свойства железосерных центров дыхательной цепи митохондрий

Комплекс

III

Центр

1а

1в

«Риске»

Тип

* кластера

2Fe—2S

4Fe—4S

4Fe-4S

2Fe—2S

4Fe—4S

2Fe—2S

Среднеточечный

(pH

7) •• редокс-

потенциал,

мВ

—370

-245

-20

—245

-260

+60

+280

••• зависимость.

мВ/ед

рН

О,

рН<8;

60, рН>8

• Тип кластера приведен по работе

Альбрехта

и Субраманиана [Albracht, Subramanlan, 1977].

•* Величины среднеточечных редокс-потенциалов центров N 1 — N 4 приведены по

следую-

щим

работам:

[Ingledew,

Ohnishl, 1980], центров Si, S2 —[Ohnishi et al., 1976b], центра

S3 —[Ohnishi et al., 1976a], Риске — [Prince,

Dutton,

1976].

*•• рН-Зазисимость редокс-потенциала железосерного белка Риске определена в работе [Prince,

Duttcn,

1976], а остальных центров —

[Ingledew,

Ohnishi, 1980].

1980;

Рэкер,

1979]. Таким образом, эти комплексы не только осу-

ществляют перенос электронов, но и являются функциональной

единицей

сопряжения переноса электронов с образованием АТФ.

Поэтому расположение внутримембранных белков, составляю-

щих комплекс, определяется, помимо всего прочего, необходи-

мостью векторного переноса электронов (протонов).

Рассмотрим более подробно характеристики каждого из этих

комплексов.

Комплекс

I (НАДН: убихинон-оксидоредуктаза) состоит

(табл. 2) из большого числа компонентов [обзор см.: Ragan,

1976; Hatefi, Galante, 1978;

Рэкер,

1979; Gutman, 1980; Ragan

et al.,

1981].

Он катализирует перенос электронов от НАДН к

убихинону, причем эта реакция специфически ингибируется ро-

теноном,

пирицидином и др. [Ragan, 1976; Gutman, 1980]. Вос-

становление убихинона комплексом I

требует

присутствия липи-

дов [Рэкер, 1979]. Комплекс I содержит ФМН, а также несколь-

ко

железосерных центров. Основные сведения о железосерных

центрах получены с помощью

метода

ЭПР при низких темпера-

турах

(табл. 3). Имеется некоторая неопределенность относи-

тельно числа и стехиометрии ЭПР-регистрируемых центров.

Центр

N1 состоит из

двух

компонентов Nla и

NIB,

которые име-

ют сходный сигнал ЭПР, но различные редокс-потенциалы [Oh-

nishi, 1975]. Наиболее высокопотенциальный центр N2, по-ви-

димому, непосредственно взаимодействует с хиноном (см.

рис.2).

литературе

имеются указания на то, что редокс-потенциа-

лы некоторых центров изменяются при добавлении АТф [Gut-

man

et al., 1972; Ohnishi, 1975;

Ingledew,

Ohnishi, 1980].

Встроенный в липосому комплекс функционирует как редокс-

зависимая

протонная помпа [Ragan, Hinkle, 1975; Ragan, 1976]

в присутствии АТФ-синтетазного комплекса осуществляет син-

тез АТФ, сопряженный с окислением НАДН с помощью

KoQ

Следует

отметить полную неясность механизма трансформа-

ции

энергии в комплексе I, особенно с

учетом

определенного в

последнее время соотношения Н

/2ё, равного 3—4 [Lehninger

et al., 1979; Coin, Hinkle, 1979; Hinkle, 1981].

Для объяснения механизма сопряжения двухэлектронных

ФМН

и KoQ с одноэлектронными железосерными центрами и вы-

сокого значения Н

/2е была предложена гипотеза [Hinkle,

1981] о том, что электроны в комплексе I переносятся цикличе-

ски,

так же, как в Q-цикле Митчела (см. описание комплекса

III).

Комплекс

II (сукцинат: убихинон—оксидоредуктаза), катали-

зирующий окисление сукцината убихиноном, состоит из четырех

полипептидов (табл. 2) [Capaldi et al., 1977; Hatefi, Galante,

1978]. Два из них (70 и 27 кД) представляют собой сукцинат-

дегидрогеназу. Большая субъединица содержит ФАД, ковалент-

но

связанный с белком, и 4 атома железа и кислотолабильной

серы, которые образуют два железосерных центра [Ohnishi

et al., 1976b]. Меньшая субъединица сукцинатдегидрогеназы

представляет собой железосеросодержащий белок [Ohnishi

et al., 1976a]. Следовательно, сукцинатдегидрогеназа содержит

три железосерных центра (табл. 3): два железосерных центра

типа 2Fe—2S в большой субъединице и один центр типа 4Fe—

4S в малой [Capaldi et al., 1977; Ohnishi et al.,

1976b;

Hatefi,

Galante,

1978]. Два

других

полипептида

^13—15

кД или один

из

них принадлежат низкопотенциальному цитохрому

ьььъ

[Ha-

tefi, Galante, 1978]. Функция его не совсем ясна.

Использование

антител к отдельным полипептидам, а также

неспецифического

непроникающего реагента, "Б-диазобензо-

сульфоната, позволило установить, что комплекс II пересекает

внутреннюю мембрану митохондрий, причем полипептид, содер-

жащий флавопротеид, обращен к матриксной, а субъединица

»15 кД — к цитоплазматической стороне [Merli et al., 1979].

Как

показано для митохондрий Neurospora

crassa,

все

субъ-

единицы

комплекса II синтезируются в цитоплазме

[Weiss

et al.,

1979].

Недавно изолирован митохондриальный белок (QP— S) с

молекулярным весом »15 кД, который восстанавливает сукци-

нат-убихинон-редуктазную активность у частично очищенной

сукцинатдегидрогеназы. Предполагается, что этот белок являет-

ся

специфическим убихинонсвязывающим белком, необходимым

для связи сукцинатдегидрогеназы с цитохромами бис, комп-

лекса III [Yu, Yu, 1981]. Этот белок, по-видимому, идентичен

одному из низкомолекулярных компонентов комплекса II. В этой

связи

уместно отметить,

что по

крайней мере

два

термодинами-

чески стабильных семихинона обнаружены

комплексе

II [Ru-

zicka

et al., 1975;

Salerno

et al., 1977;

Gutman,

1980;

Trumpower,

1981;

С Yu, L. Yu, 1981 ].

Анализ

ЭПР

спектров

ориентированных

мультислоях, полученных

из

митохондрий, позволил установить,

что кольца хинонов перпендикулярны плоскости мембраны

[Sa-

lerno

et al.,

1977]. Оценка расстояния

между

семихинонами

дает

величину

«8 A

[Ruzicka

et al.,

1975].

Комплекс

III

(убихинол

цитохром с-оксидоредуктаза) ката-

лизирует перенос электронов

от

восстановленного убихинона

(убихинола)

цитохрому

с.

Этот комплекс (табл.

состоит

из.

7—9

полипептидов [Rieske,

1976;

Marres, Slater,

1977;

Hatefi,

Galante,

1978;

Bell,

Capaldi,

1976;

Bell

et al., 1979; Bill et аЦ

1982], содержит цитохромы

b и с, в

соотношении

2 : 1,

железосер-

ный

белок Риске (FeS

)

убихинон [Rieske, 1976]. Цитохромы

Ъ представлены

двумя

формами, отличающимися спектрами

ш>

глощения, сигналами

ЗПР и

редокс-потенциалами

[Wikstrom,

1973]; цитохром

6Ы

(Ь

или b

—

низкопотенциальный)

цито-

хром

5в2

- или

-высокопотенциальный).

Данные экспериментов

по

химической модификации мембран

митохондрий

и СМЧ с

помощью непроникающего реагента

S-

диазобензосульфоната

[Bell

et al., 1979] и

сшивающих агентов

[Smith

et al., 1978]

приводят

выводу

трансмембранном

рас-

положении комплекса

III во

внутренней мембране митохондрий.

Этот вывод подтверждается также данными электронной микро-

скопии

мембранных кристаллов комплекса

III у

Neurospora cras-

[Weiss et al., 1979;

Kevin

et al.,

1981], согласно которым боль-

шая

часть комплекса расположена

вне

мембраны.

На рис. 4

показано

предполагаемое расположение комплекса

III в

мембра-

не

митохондрий.

Комплекс

III

занимает центральное место

энергетическом

обмене

не

только

в ЦЭТ

митохондрий,

но и у

хлоропластов,

хро-

матофоров,

также

некоторых бактерий.

связи

этим

рас-

смотрим более детально редокс-превращения компонентов комп-

лекса

III.

Долгое время считали,

что

последовательность переноса

электронов

дыхательной цепи

и в

частности

комплексе

III,

является линейной [Chance,

Williams, 1956;

Ленинджер,

1966,

1974]:

НАДН

-> - KoQ ->

-> с

-> с-* > О

. (1.1

Сукцинат

Эта схема хорошо согласуется с наблюдением, что ингибирова-

ние

электронного переноса в митохондриях антимицином увели-

чивает восстановленность убихинона и цитохромов b и уменьша-

ет восстановленность цитохромов сие, [Chance,

Williams,

1956].

С-сторона

М-сторона

сукц

Фум

АДН

Рис.

Предполагаемая организация электронтранспортных комплексов

/—IV

АТФазы

во

внутренней мембране митохондрий

Перенос

электронов

между

комплексами

/ и ///, // и /Я

осуществляется через

убвхи-

нон

(не

показам), либо непосредственно, перенос электронов

между

комплексом

/// и

помощью цитохрома

с.

Размеры

приблизительная форма комплекса

даны

по

работе Фуллера

и др

[Fuller

et al.,

1979], комплексов

II и

III — по

работе Вейса

и др.

IWeiss

et al.,

1979].

С и

М —

соответственно цитоплазматичесчая

матриксная стороны

мембраны митохондрий

Вместе

с тем

чрезвычайно сложный характер редокс-превраще-

ний

цитохромов

b в

митохондриях (см.

с.

16)

приводит

необхо-

димости отказа

от

указанной линейной схемы

или

ее

существен-

ной

модификации. Одним

из

наиболее удивительных особенно-

стей кинетического поведения цитохромов

является эффект

«сверхвосстановления» цитохромов

Ь под

действием окислите-

лей.

Суть этого эффекта состоит

том,

что в

присутствии сукци-

ната

антимицина

добавление кислорода [Rieske,

1971;

Wik-

strom, Berden,

1972]

или

феррицианида [Rieske,

1971]

приводит

восстановлению цитохромов Ъ,

в то

время

как,

согласно линей-

ной

схеме

(1.1), должно наблюдаться

их

окисление. Некоторые

другие

эксперименты, непосредственно

не

укладывающиеся

традиционную линейную

схему

переноса электронов, описаны

ниже.

Эффект «сверхвосстановления» цитохромов

Ъ был

объяс-

нен

Викстремом

Верденом

[Wikstrom,

Berden,

1972]

исходя

из

схемы, предполагающей ступенчатое окисление убихинона.

Рассматриваемая ниже схема

(1.2)

несколько отличается

от

исходной схемы Викстрема

Вердена.

ней

восстановление

ци-

тохромов

осуществляется парой Q'H/Q(Q7Q),

а не

/Q'H

[Mitchell,

1976,

Trumpower, 1976],

как это

предполагалось

вна-

чале

и,

кроме того, введен железосерный белок Риске, необходи-

мый,

как

показано

работах [Trumpower,

1976,

1981b],

для

вос-

становления

цитохрома

с,

(см.

ниже).

Некоторые

факты

относительно

кинетики

редокс-реакций

комплекса

III

1. Добавление антимицина А к митохондриям в присутствии кислорода

приводит к восстановлению цитохромов b и убихинона и к окислению цитохро-

ма с [Potter,

Reif,

1952; Chance,

Williams,

1956].

2. Кинетика восстановления цитохромов Ь сукцинатом трехфазна: бы-

строе частичное восстановление сменяется окислением с последующим более

медленным восстановлением [L. Yu, С. Yu, 1981; Zhen et al., 1981].

3. «Сверхвосстановление» цитохромов Ь в присутствии антимицина А и

сукцината, вызванное добавлением окислителей (феррицианида или кислоро-

да) [Rieske, 1971;

Wikstrom,

Berden, 1972;

Wilson

et al., 1972; Eisenbach, Gut-

man,

1975; Trumpower, Katki, 1975].

4. Добавление кислорода к митохондриям, в которых цитохромы Ь пол-

ностью восстановлены, вызывает окисление последних, чувствительное к анти-

мицину

[Erecinska et al., 1973].

5. Удаление железосерного белка Риске (FeSii) из сукцинат: цитохром

с-оксидоредуктазы не нарушает сукцинат-убихинон-редуктазную активность

[Trumpower et al., 1980], но приводит к:

а) ингибированию быстрого восстановления цитохрома С\ сукцинатом как

присутствии, так и в отсутствие антимицина [Trumpower, 1976];

б) ингибированию в присутствии антимицина быстрого восстановления

цитохромов Ь сукцинатом (в отсутствие антимицина ингибирования нет)

[Trumpower, 1976];

в) блокированию индуцированного окислителями сверхвосстановления

цитохромов Ъ

[Bowyer

et al, 1981].

6. Индуцированное окислителями восстановление цитохромов Ь в присут-

ствии антимицина А ингибируется (ср. с пукнтом 5, в); а) британским анти-

люизитом (2,3-меркаптопропанолом) [Ксезенко, Константинов, 1980];

б) аналогом убихинона УГДБТ (5-и-ундецил-6-гидрокси-4,7-диоксобензо-

тиазол)

[Bowyer,

Trumpower, 1980;

Bowyer

et al., 1981].

7. Быстрое восстановление цитохромов Ъ сукцинатом ингибируется при

совместном действии антимицина и (ср. с пунктом 5, б) британского антилюи-

зита [Deul, Thorn, 1962; Ксезенко, Константинов, 1980], ингибирующего пере-

нос

электронов на уровне железосерного белка Риске [Slater,

Vries,

1980;

Slater, 1981].

8. Замедление в присутствии антимицина восстановления цитохромов Ь

сукцинатом или убихиноном в условиях, когда цитохром С\ (и FeSii) восста-

новлен (эффект динамического контроля) [Eisenbach, Gutman, 1975; Trumpo-

wer, Katki, 1975].

9. Энергозависимое восстановление цитохромов Ь при добавлении АТФ в

митохондриях и СМЧ [Dutton,

Wilson,

1974; Каменский и др., 1975; Konstanti-

novet al., 1981].

10. Антимицин А не ингибирует быстрого восстановления цитохрома c

сукцинатом в полностью окисленном сукцинат: цитохром с-оксидоредуктаз-

ном

комплексе

[Bowyer,

Trumpower, 1981].

Эта схема [подробнее см.: Ксезенко, Константинов, 1980;

Konstantinov et al., 1981] близка к очень популярному в настоя-

щее время так называемому Q-циклу (см. далее). Однако в от-

личие от последнего схема (1.2) существенно проще.

Действительно, восстановление цитохромов Ь и окисление

цитохромов с и d, наблюдаемое в митохондриях [Ленинджер,

1966; Chance,

Williams,

1956] при добавлении антимицина, обус-

ловлено согласно

схеме

(1.2) блокированием переноса электро-

нов

между

цитохромами Ъ и с. Восстановление цитохромов Ь, в

свою очередь, тормозит реакцию восстановления железосерного

белка Риске, что в конечном итоге приводит к окислению цито-

хромов с и с,.

Столь же естественно объясняется эффект сверхвосстановле-

ния

цитохромов Ь. В присутствии антимицина А добавление

окислителя вызывает окисление железосерного центра Риске,

что обусловливает образование Q, который и восстанавливает

цитохромы Ъ. Эффект динамического контроля (смотри пункт 8

на

с. 16) также находит объяснение в этой схеме.

Восстановление железо-

серного центра Риске долж-

ч 2

но

привести к замедлению

восстановления цитохромов А

Ь,

поскольку в этом

случае

| j ^ *

(i,2)

не

может образоваться вое- 1 *" "

становитель Q (QH). Вместе Q

с тем схема (1.2) не объяс-

няет

того факта, что ингибиторы железосерного белка Риске

приводят, подобно антимицину, к окислению цитохромов с

с и

восстановлению цитохромов Ь [Ксезенко, Константинов, 1980;

Konstantinov et al., 1981].

Для объяснения сложного поведения цитохромов Ь в комп-

лексе III Митчелом [Mitchell, 1975, 1976] была предложена схе-

ма так называемого «Q-цикла» (рис. 5), во многом сходная со

схемой 1.2:

> с

-> с

->•••->

(1.3)

Наиболее существенные черты ее следующие.

1. В отличие от линейной схемы и схемы 1.2 цитохромы b к

c{c

) взаимодействуют

друг

другом

через убихинон. Отметим,

что независимо от Митчела такое предположение было сделано

работе Либермана с сотр. [Либерман и др., 1976].

2. Как и в

схеме

1.2, предполагается, что убихинон окисляет-

ся

двух

последовательных одноэлектронных реакциях.

3. Убихинон не только восстанавливает цитохромы Ь, но и

окисляет их. Эти две реакции осуществляются в так называемых

центрах i и о, локализованных, по-видимому, на противополож-

ных сторонах мембраны.

4. В центре о убихинол окисляется до убихинона с освобож-

дением

двух

протонов, причем первый электрон поступает к же-

лезосерному белку Риске и затем к цитохрому c(d), а второй

поступает к цитохрому

ьее

5. Цитохром Ь

, в свою очередь, восстанавливает цито-

хром

it2

6. Цитохром

&S62

восстанавливает убихинон д центре L

Сунцинат

Фумарат

Мембрана.

С-сторона

Рис. 5.

Схема

Q-цикла

Митчела

Согласно

схеме

(1.3) цитохром

se2

окисляется семихиноном

(либо хиноном) в центре i в антимицинчувствительной реакции

(рис.

5). Интересно, что методом ЭПР действительно был обна-

ружен антимицинчувствительный семихинон [Konstantinov,

Ruuge, 1977; Ohnishi, Trumpower, 1980; De

Vries

et al., 1980].

Концентрация

этого семихинона сопоставима с концентрацией

комплекса

III [De

Vries

et al., 1980], поэтому предполагают, что

он

связан с белком [L. Yu, С. Yu, 1981].

Отметим, что схема Q цикла не объясняет того факта, что

добавление кислорода к митохондриям, у которых цитохромы

b полностью восстановлены, вызызает их окисление, чувстви-

тельное к антимицину (см. эксперимент 4 на с. 16). Согласно

схеме

Q-цикла (рис. 5) окисление цитохрома с, должно приво-

дить к образованию семихинона, который восстанавливает цито-

хромы Ь.

Таким

образом, в настоящее время неизвестен механизм

функционирования

комплекса III митохондрий. В описанном

выше Q-цикле и в его различных вариантах [Mitchell, 1976;

Trumpower, 1976, 1981; Slater, 1981; Konstantinov et al., 1981;

Bowyer,

Trumpower,

1981b;

Cutman, 1980] наиболее доказанным,

на

наш взгляд, является участие железосерного белка Риске в

восстановлении цитохромов Ь.

Однако семихинон, соответствующий центру «о», пока не об-

наружен. Неясно также, как образуется семихинон в центре L

На

приведенной на рис. 5

схеме

предполагается, что он образу-

ется в реакции диспротюрционирования Q и QH

Основные эксперименты по кинетике редокс-превращений ци-

тохромов b в комплексе III выполнены в присутствии ингибито-

ров,

механизм действия которых до конца неясен. Данные тако-

го рода

следует

интерпретировать с осторожностью. Известно,

например,

что антимицин вызывает длинноволновый сдвиг мак-

симума поглощения цитохрома

ььг

[Berden, Opperdoes, 1972;

Brandon et al., 1972;

Dutton

et al., 1972], стимулирует образова-

ние

и супероксид-анион-радикала кислорода

[Boveris,

Chance,

1973; Erecinska,

Wilson,

1976], модифицирует редокс-

зависимое связывание протонов цитохромами b [Artzatbanov,

Konstantinov, 1980], а также перенос электронов

между

цито-

хромами b и убихиноном (см. обзор: Slater, 1973; Erecinska, Wil-

son, 1976]. Наиболее надежными, с нашей точки зрения, явля-

ются эксперименты по выяснению временной последовательности

переноса электронов. Поэтому представляется весьма плодотвор-

ной

попытка реконструкции комплекса III с фотосинтетическим

реакционным

центром пурпурных бактерий [Packham et al.,

1980; Matsuura,

Dutton,

1981], поскольку в данном

случае

мож-

но

практически мгновенно перенести определенное (1, 2, ...)

число электронов в комплекс III.

Рассмотрим теперь терминальный электронтранспортный

комплекс

дыхательной цепи.

Комплекс

IV (цитохром с оксидаза) является терминальным

компонентом

дыхательной цепи и осуществляет перенос элек-

тронов от цитохрома с к кислороду, сопряженный с переносом

протонов

наружу:

2 цит

cHip

+ 4Н£„ +0,5 О

2ВН

-> 2цит с

»^ + 2Н£

ар

+ Н

ВН

Мономерная

форма цитохромоксидазы, выделенная из митохонд-

рий,

представляет собой липопротеиновый комплекс (табл. 2),

который

содержит 4 редокс-компонента, цитохромы а и а

и два

атома меди [см. обзор Malmstrom, 1973, 1979;

Уорто»,

1978; Ку-

лиш,

Миронов, 1979;

Wikstrom,

Krab, 1979; Chance, 1979, 1981;

Azzi,

1980;

Wikstrom

et al., 1981; Wainio, 1983]. Компонент,

взаимодействующий с О

или с СО, называется цитохромом а„

а не взаимодействующий с ними — цитохромом a (Keilin, 1966).

Используя различные методы, удается выделить, как правило,

семь [King et al., 1979;

Wikstrom

et al., 1981] или более

[Buse

et al., 1978; Kadenbach, Merle, 1981;

Wikstrom

et al., 1981] поли-

пептидов, составляющих цитохромоксидазу. Сводки различных

выделений цитохромоксидазы содержатся в ряде работ [King et

al., 1979; Kadenbach, Merle, 1981;

Wikstrom

et al., 1981]. Так как

темы а и медь теряются при выделении субъединиц, то неясно, с

какими

субъединицами они связаны. Имеются убедительные

данные [Kadenbach, Merle, 1981] о том, что два атома

меди

м-сторона.

Рис.

6. Цитохромоксидаза

редоксзависимая протонная

ла [Константинов, 1977]

как

пом-

два гема а находятся• в

двух

больших субъединицах. В этой

связи

уместно заметить, что у

прокариот цитохромоксидаза со-

держит только две субъединицы,

сходные с двумя большими

субъ-

единицами

эукариог

[Ludwig,

1980; Sone, 1981; Kadenbach, Mer-

le, 1981;

Wikstrom

et al., 1981].

Недавно были обнаружены

три интересных и необычных ас-

пекта функционирования цито-

хромоксидазы.

1. Эксперименты с интактны-

ми

митохондриями, СМЧ и цито-

хромоксидазой, встроенной в ли-

посомы из фосфолипидов, позво-

лили предположить, что цитохромоксидаза является протонной

помпой,

функция которой заключается не только в поглощении

протонов,

необходимых для восстановления кислорода до воды,

но

и в переносе протонов из внутренней фазы наружу [Кон-

стантинов,

1977;

Wikstrom,

Krab, 1979; Krab,

Wikstrom,

1979;

"Wikstrom,

1981;

Wikstrom

et al., 1981]. Неясно пока, каким обра-

зом происходит транспорт протонов против поля. Предполага-

ется, что наиболее гидрофобная третья субъединица цитохромок-

сидазы формирует редокс-зависимый протонный канал

[Azzi

et al., 1979;

Wikstrom,

1981;

Wikstrom

et al., 1981]. В пользу

этого говорит факт подавления функции цитохромоксидазы как

протонной

помпы в присутствии ДЦКД, который избирательно

связывается с третьей субъединицей

[Azzi

et al., 1979;

Azzi,

1980;

Casey

et al., 1980]. Однако обнаружено [Prochaska et al.,

1981) связывание ДЦКД и с другими субъединицами. Об этом

же свидетельствует отсутствие переноса протонов через мембра-

ну, если встроенная в липосомы цитохромоксидаза лишена

третьей субъединицы [Coin, Hinkle, 1979; Saraste et al., 1981;

Wikstrom,

1981]. Важную роль в транслокации протона, по-ви-

димому, играют редокс-превращения гема а [Константинов,

1977; Artzatbanov et ai., 1978;

Wikstrom,

1981], на что указывает

чувствительность этого цитохрома к протонам матрикса и зави-

симость его редокс-потенциала от наличия третьей субъединицы

(рис.

6).

2. Неожиданным оказалось

сходство

по аминокислотному со-

ставу

субъединицы II цитохромоксидазы с медьсодержащими

белками типа пластоцианина, субъединицы V с гемоглобином и

одной

из субъединиц VII —с цитохромом с

555

Chlorobium limico-

[Buse

et al., 1978;

Steffens,

Buse, 1979;

Azzi,

1980].

3. Обнаружено также, что изменение редокс-состояния одно-

го из гемов влияет на редокс-потенциал второго [Malmstrom,

1973; Nicolson, Peterson, 1974;

Wikstrom

et al., 1976; Babcock et