Содержание

Химическая работа за счет ΔμH      Н+-АТФ-Синтаза      Н+-Пирофосфат-синтаза      Н+-Трансгидрогеназа Осмотическая работа за счет ΔμH      Определение и классификация      Δψ как движущая сила      ΔpH как движущая сила      Общая ΔμH как движущая сила      ΔμH - Зависимые транспортные каскады      Карнитин как пример трансмембранного переносчика химической группировки      Некоторые примеры ΔμH - зависимых белков-переносчиков      Роль ΔμH в транспорте макромолекул Механическая работа за счет ΔμH: движение бактерий      Структура флагеллярного мотора бактерий      ΔμH вращает ротор флагеллярного мотора      Возможный механизм Н+-мотора      ΔμH - Зависимая подвижность прокариот, не содержащих флагелл, и        внутриклеточных органелл      Подвижные симбионты эукариот и прокариот ΔμH как источник энергии для образования теплоты      Три способа превращения метаболической энергии в теплоту      Терморегуляторная активация свободного дыхания у животных      Терморегуляторная активация свободного окисления у растений

Обратимый перенос гидрид-иона (Н-) между НАД и НАДФ (уравнение 30) катализируется ферментами, называемыми транс-гидрогеназами:

В 1966 г. П. Митчел постулировал, что трансгидрогеназа представляет собой дополнительный пункт энергетического сопряжения в дыхательной цепи. Предполагалась, что окисление НАДФН посредством НАД+ (прямая реакция) генерирует ΔμH того же направления, что и дыхание, а обратный процесс потребляет ΔμH, образуемую дыханием.

В рамках этой концепции сдвиг равновесия трансгидрогеназной реакции при энергизации есть прямое следствие энергетических соотношений трансгидрогеназы и других ΔμH-генераторов дыхательной цепи. Свободная энергия процесса превращения субстрата 5 в продукт a может быть рассчитана как

Механизм, предложенный П. Митчелом, предполагает, что перенос Н- от НАДФН к НАД+ должен образовывать ΔψH того же направления, что дыхание, а перенос Н~ в противоположную сторону -Δψ обратного знака. В обоих случаях_добавление продуктов реакции должно снижать величину ΔμH. Опыты, проведенные Е. А. Либерманом с сотрудниками и группой автора, подтвердили эти предположения. Найдено, что вывернутые субмитохондриаль-ные пузырьки, хроматофоры Rh. rubrum и протеолипосомы с очищенной трансгидрогеназой генерируют Δψ (" + " внутри пузырька) при окислении НАДФН посредством НАД+. Окисление НАДН посредством НАДФ+ также образовывало Δψ, но внутри был знак "-". Как та, так и другая Δψ исчезали при уравнивании концентраций субстратов и продуктов реакции. Генерируемые Δψ оказались линейной функцией соотношения

Число протонов, переносимых при одном обороте трансгидроге-назы, остается неясным: обсуждаются величины от 0,5 до 2.

Недавно М. Балчевски и соавторы продемонстрировали синтез ФФН из ФН за счет энергии окисления НАДФН посредством НАД+ в хроматофорах Rh. rubrum.

Электрогенная активность трансгидрогеназы чувствительна к протонофорам и ДЦКД. В дальнейшем эффект ДЦКД был детально изучен Я. Хатефи, Р. Фишером и их коллегами. Оказалось, что для выключения протон-транспортной активности трансгидрогеназы достаточно добавить 0,5 моля ДЦКД на 1 моль фермента, принимая молекулярную массу последнего равной 120 кДа. Такая стехиометрия может объясняться димерной организацией трансгидрогеназы.

В Е. coli аналогичный фермент состоит из двух полипептидов, суммарная масса которых чуть меньше таковой мономера мито-хондриальной трансгидрогеназы. При включении в протеолипосомы фермент из Е. coli образует ΔμH. Процесс блокируется ДЦКД, связывающимся с большей (50 кДа), но не с меньшей (47 кДа) субъединицей.

Существенным моментом трансгидрогеназного механизма является то обстоятельство, что при этой реакции происходит прямой стереоспецифический перенос Н- между положением А никотин-амидного кольца НАД и положением В такового НАДФ. При этом не происходит обмена протонами с водой. Следовательно, протоны, транспортируемые ферментом через мембрану, не идентичны тем протонам, которые переносятся от одного никотинамиднуклеотида к другому при трансгидрогеназной реакции.

ΔμH не только смещает равновесие в сторону восстановления НАДФ+, но и резко ускоряет этот процесс. Показано, что ΔμH снижает Km трансгидрогеназы для НАДФ+ с 40 до 6,5 мкМ и повышает Km для НАД+ с 28 до 43,5 мкМ. Таким образом, ΔμH благоприятствует восстановлению НАДФ+ и затрудняет восстановление НАД+.

Безусловно, главная функция Н+трансгидрогеназы состоит в поддержании высокого соотношения [НАДФН]/[НАДФ+], что стимулирует восстановительные синтезы. Последние включают, как правило, один или несколько этапов, на которых происходит окисление НАДФН. Фактически энергия, вырабатываемая дыхательной или фотосинтетической редокс-цепью в виде ΔμH, становится при посредничестве трансгидрогеназы дополнительной движущей силой восстановительных биосинтезов:

В хлоропластах и цианобактериях проблема поддержания высокого соотношения [НАДФН]/[НАДФ+] решается восстановлением НАДФ+ в качестве конечного акцептора электронов редокс-цепи. Неудивительно, что Н+-трансгидрогеназа в хлоропластах отсутствует.

Другие системы обратного переноса восстановительных эквивалентов