Гіпотеза про спряженні мт-КК І ТАН.

Ідея про роль пов’язаної зі структурами КК в компартментаціі АН найбільш повний розвиток отримала в уявленнях про механізм функціонування мт-КК. Як вже було сказано, мт-КК розташована на зовнішній поверхні внутрішньої мембрани мітохондрії [Vial, ea 1972, Jacobus, ea 1973] і пов’язана з мембранами силами електростатичної взаємодії [Липська ea 1980, Wenger, ea 1985, Brooks, ea 1987]. Спочатку передбачалося, що фермент взаємодіє з ТАН, з якою він має спільні субстрати [Saks, ea 1975]. Однак об’ємний інгібітор ТАН – карбокси-атрактілозід не впливає на зв’язування мт-КК з мембранами мітохондрії [Brooks, ea 1987, Липська ea 1980, Muller, ea 1985]. В подальшому були отримані численні докази того, що мт-КК на мембранах мітохондрії пов’язана не з ТАН, а з фосфоліпідами [Липська ea 1980, Lipskaya, ea 1982, Липська ea 19?? , Schnyder, ea 1994], точніше, з негативно зарядженими фосфоліпідами – кардіоліпіну [Muller, ea 1985, Newman, ea 1982, Schlame, ea 1985]. Сакс і Джекобус [Saks, ea 1975, Moreadith. ea 1982, Jacobus, ea 1982] припустили, що висока ефективність роботи мт-КК визначається функціональним сполученням з процесом окисного фосфорилювання. На їхню думку, функціональне поєднання обумовлено структурним взаємодією мт-КК і ТАН, яке відбувається під час окисного фосфорилювання в результаті частих зіткнень при латеральній дифузії цих білків в мембрані [Saks ea 1987]. При цьому синтезований в мітохондріях АТР з транслокази прямо передається в активний центр мт-КК, а ADP – у зворотному напрямку, в результаті чого активні центри обох білків виявляються насиченими своїми субстратами [Saks, ea 1994, Saks ea 1987].

В останні 10 років ця ідея отримала розвиток в роботах Валліманна і Брдічкі [Schlegel, ea 1988, Schnyder, ea 1988, Brdiczka, ea 1991], які розглянули роль мт-КК у контактних ділянках мембран мітохондрії. Шлегель і со-авт. [Schlegel, ea 1988], а також Шнайдер і співавт. [Schnyder, ea 1988] припустили, що в місцях контакту зовнішньої і внутрішньої поверхневих мембран мітохондрії мт-КК разом з ТАН і білком зовнішньої мембрани поріном можуть утворювати динамічний нуклеотідтранспортний і трансфосфорілірующій мультиферментного канал, який здійснює прямий зв’язок між матриксом і цитоплазмою (рис. 2) . Канал утворюється при зіткненні в ході латеральної дифузії по поверхні внутрішньої прикордонної мембрани октамер мт-КК і димеру ТАН і стабілізується взаємодією з порінових деколи в зовнішній мембрані [Schnyder, ea 1988]. Число димерів ТАН, взаємодіючих з одним октамер мт-КК, може бути дорівнює чотирьом – восьми [Schnyder, ea 1988]. У місцях контакту електронейтральності Кр через катіонселектівную пору надходить в активні центри мт-КК, розташовані в центральному каналі октамер, куди з іншого боку молекули ТАН передають синтезований в матриксі АТР. Утворений в креатінкіназной реакції ADP за допомогою ТАН переноситься в матрикс мітохондрії, а КФ дифундує в цітоплазмy через нерегульовані пори поза місцями контакту. Концентрації АТР, ADP і КФ в каналі відрізняються від їх концентрацій в цитоплазмі. Це дозволяє мт-КК синтезувати КФ навіть при високому відношенні КФ / Кр в цитоплазмі [Brdiczka, ea 1991, Wyss, ea 1992]. Варіанти цієї схеми, що різняться взаємним розташуванням окремих учасників і деталями механізму їх функціонування, можна знайти в оглядах останніх років [Brdiczka, ea 1998, Schlattner, ea 1998]. Наведені гіпотези базуються на наступних експериментально встановлених фактах. Гіпотеза Сакса-Джекобуса має в своїй основі дані кінетичного і термодинамічного аналізу. Найбільш часто повторюваними аргументами є наступні. Кінетичний аналіз показав, що швидкість синтезу КФ мітохондріями під час окисного фосфорилювання вище, ніж у присутності інгібітора окисного фосфорилювання олігоміціна і зовнішнього АТР [Saks, ea 1975, Saks. ea 1976]. Був зроблений висновок, що мт-КК швидше утилізує АТР, знову синтезований під час окисного фосфорилювання, в порівнянні з АТР, доданим в середу інкубації. Спостерігалося зниження KmMgATP мт-КК під час окисного фосфорилювання [Saks, ea 1975, Saks, ea 1980], що було пояснено існуванням в області активного центру мт-КК локальної більш високої концентрації АТР. 0,125 М КС1 усував ефект окисного фосфорилювання на КmMgATP [Kuznetsov, ea 1989]. Останній факт був пояснений тим, що КС1 солюбілізірует мт-КК в межмембранное простір і тим самим усуває функціональне спряження [Kuznetsov, ea 1989]. Термодинамічні експерименти показали, що під час окисного фосфорилювання відношення діючих мас учасників креатінкіназной реакції, виміряний в середовищі інкубації, перевершує Kкаж реакції в напрямку синтезу КФ в 2,5-4 рази [De_Furia, ea 1980, Saks, ea 1985, Sobol, ea 1994 ]. Цей ефект був отриманий на мітохондріях [De_Furia, ea 1980, Sobol, ea 1994] і на мітопластах [Saks, ea 1985, Sobol, ea 1994]. При додаванні в середу інкубації інгібіторів окислювального фосфорилювання або дихального ланцюга, а також в анаеробних умовах ця диспропорція зникала. Був зроблений висновок, що під час окисного фосфорилювання реальні концентрації АТР і ADP в області активного центру мт-КК відрізняються від їх концентрації у середовищі інкубації (в активному центрі мт-КК концентрація АТР вище, а концентрація ADP нижче), що і дозволяє мт- КК синтезувати надмірну кількість КФ і доводить наявність структурного і функціонального спряження між мт-КК і ТАН. Було показано також, що антитіла на мт-КК інгібують ТАН, що вказує на близьке розташування двох білків на внутрішній мембрані мітохондрій [Saks, ea 1986]. Гіпотеза Валлімана-Брдічкі базується, головним чином, на структурних даних. Було встановлено, що зовнішня мембрана мітохондрій проникна для АН тільки в місцях розташування спеціального білка – поріна, димери якого утворюють в мембрані аннонселектівние пори діаметром близько 2 нм [Colombini, ea 1980, Roos, ea 1982, Dolder, ea 1999]. Контактні ділянки зовнішньої і внутрішньою мембранами мітохондрій містять порін, мт-КК і ТАН [Brdiczka, ea 1990, Kottke, ea 1991]. Число контактних ділянок залежить від енергетичного стану мітохондрій [Roos, ea 1982, Biermans, ea 1990]. Проникність порінових пір для аніонів в місцях контакту залежить від потенціалу на внутрішній мембрані і знижується під час окисного фосфорилювання, коли пори стають катіонселектівнимі [Roos, ea 1982, Benz, ea 1990].

На відміну від цитоплазматичних форм, які є димер, мт-КК може існувати у вигляді димеру і октамер [Липська ea 1987, Schlegel, ea 1988, Schnyder, ea 1988, Липська ea 1985, Marcillat, ea 1987]. Октамер мт-КК являє собою перфорований куб з центральною порожниною діаметром 2-2,5 нм [Schnyder, ea 1994, Schnyder, ea 1988, Fritz-Wolf, ea 1996]. Октамер мт-КК може взаємодіяти з зовнішньої і внутрішньою мембранами мітохондрій [Schnyder, ea 1994, Rojo, ea 1991], а також з димерів поріна [Brdiczka, ea 1994].

Comments are closed.