Анионные аденозинтрифосфатазы клеток животных

• Автор: Иващенко, Анатолий Тимофеевич
• Шифр специальности: 03.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Алма-Ата
• Количество страниц: 371 c. : ил

Последние два десятилетия в биологии характеризуются бурным развитием биоэнергетики. Основное внимание в этой области уделялось выяснению процессов синтеза и утилизации молекулы АН - наиболее универсального источника энергии для большинства эндэргонических реакций в клетках бактерий, растений и животных. Значительная доля АН в подавляющем числе животных клеток синтезируется системой окислительного фосфо-рилирования, центральным элементом которой является АН-син-тетаза. Этот фермент катализирует и обратную реакцию - гидролиз АН. Существенная часть внутриклеточной АН расходуется при транспорте катионов с участием Са-АНазы, Н,К-АНазы и Па,к —АНазы. Для этих ферментов тоже характерна обратимость реакций гидролиза и синтеза АН. Такая особенность АТФаз значительно облегчает исследование их.
В настоящей работе термин анионная (аниончувствительная) АНаза употребляется для обозначения АНаз митохондрий, хло-ропластов и мембран бактерий, известных в литературе как сопрягающие факторы Р1 , СР1 и вр1 (Н-АНаэы) и аниончувст-вительных АТФаз плазматических мембран, ядерных мембран и других мембранных структур. Эта терминология используется по следующей причине. Многие свойства анионных АНаз перечисленных выше мембранных структур довольно близки. Механизм влияния анионов на эти АНазы универсален. Кроме этого термин анионная АНаза отражает характерное и достаточно специфическое свойство АНаз - чувствительность активности к анионам. Приведенные факты, подробно обсуждаемые в настоящей

работе, дают основание рассматривать ряд вопросов в рамках проблемы анионных АТФаз.
Перечисленные выше АТФазы функционируют в условиях наличия градиента pH и разности электрического потенциала на мембране хлоропластов, митохондрий, лизосом, хромаффинных гранул и т.д. Считается, что в одних случаях эти АТФазы гидролизуют АТФ для создания д//м+ , а в других случаях они

используют для синтеза АТФ. При этом предполагается,

что активным элементом взаимосвязанных превращений АТФ^Д/1^* является Н*'. Однако, с равной вероятностью можно говорить о переносе ОН“ через перечисленные выше мембраны, поскольку в настоящее время нет экспериментальных данных однозначно свидетельствующих о транспорте ОН" или Н+. В случае, если при АТФазной реакции, например в митохондриях, происходит перенос ОН“, то термин анионная АТФаза может включать понятие анион-транспортирующей системы.
Изучение анионных и катионных АТШаз продолжается примерно одинаковый период, однако итоги этих исследований заметно отличаются. К настоящему времени достигнуты существенные успехи в изучении На, к -АТФазы, Са-АТФазы и Н,К-АТФазы. Достаточно отметить, что каждая их этих ферментных систем выделена в виде молекулярного комплекса и реконструирована в биологические и искусственные мембраны с восстановлением их транспортной функции. Скромнее результаты в исследовании анионных АТФаз, хотя при изучении сопрягающих факторов митохондрий, хлоропластов и бактерий достигнуты впечатляющие успехи. Показана ключевая роль этих факторов в процессе синтеза АТФ, установлен субъединичный состав соответствующих комплексов и произведена реконструкция их в мембраны с получением высокой биологической активности. В то же время, несмотря на значительные достижения в исследовании сопрягающих факторов, остается неизвестным механизм синтеза АТФ в системе окислительного фосформирования. Не ясен пока и биологический смысл чувствительности АТФаз к анионам.
За длительный период исследования анионных АТФаз ряда специализированных клеток получено большое число экспериментальных данных, однако локализация АТФаз в немитохондриальных мембранах и биологическая роль этих ферментов окончательно не выяснены. Противоречивость данных и представлений часто обусловлена сложностью получения препаратов плазматических и других мембран клетки, свободных от примеси митохондриальных структур.
Из широкого ряда неорганических анионов, значительно изменяющих активность АТФаз, некоторые являются физиологическими, в том числе и бикарбонат. Ионы НСО^ в качестве катализаторов эффективно влияют на активность ряда ферментов и служат субстратом для многих ключевых метаболических реакций. Все это придает особую важность выяснению роли бикарбоната в функционировании анионных АТФаз в клетках бактерий, растений и животных. Основываясь на результатах этих исследований можно будет разработать способы эффективного влияния ионов на метаболические процессы, протекающие в клетках, тканях и организме.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключалась в следующем: а) изучение свойств анионных АТФаз клеток с различной физиологической функцией,
б) исследование внутриклеточной локализации анионных АТФаз,
в) выяснение механизма влияния анионов на активность АТФаз,
г) изучение роли анионных и других АТФаз в реакциях клеток организма на различные экстремальные воздействия. Решение

ДЦКД угнетал Mg ,НС0д-АТФазную активность митохондрий слизистой желудка и почки кролика/179,210/, анионную АТФазу мембран Escherichia coli /307/, Mukobacterium plei /388/, эритроцитов/52/.
В ряде работ исследовалось влияние ДНФ на анионную АТФ-азу. Изутсу и Зийгел показали, что ДНФ в концентрации 0,5мМ не влиял на стимулируемую бикарбонатом АТФазную активность митохондрий печени/338/. Не отмечено влияния ДНФ на АТФазу слизистой желудка лягушки/488/, поджелудочной железы собаки /518/ и эритроцитов крысы/68/. Однако Д®> ингибировал мембранную И растворимую АТФазы ИЗ Bacillus megaterium /333/. Ионы НСО3 не активировали АТФазу митохондрий печени в присутствии ДНФ/276/. Таким образом, о действии ДНФ на анионные АТФазы имеются неоднозначные сведения. Причина этого может заключаться в разном механизме действия ДНФ на АТФазную активность интактных митохондрий и очищенного фермента.
В поддержании активности анионных АТФаз существенную роль играют SH -группы фермента, поскольку некоторые реагенты на эти группы угнетали АТФазную активность. Так, ПХМБ ингибировал активность НСОд-АТФазы поджелудочной железц/518/, митохондрий печени/448/ и анионной АТФазы бактерий/407/. Однако її -этилмалеимид не влиял на АТФазу слизистой желудка лягушки/488/.
В связи с предположением об участии НСОд-АТФазы в секреции кислоты слизистой желудка, было испытано влияние этанола на ее активность/549/. В этих опытах этанол в концентрации более 2% ингибировал НСОд-АТФазную активность срезов слизистой желудка собаки. Ингибирование АТФазной активности на 5С% наблюдалось при 14% содержании этанола. Следовательно, эта-