Циркуляция субстратов. Транспортеры
Циркуляция субстратов между матриксом митохондрий и цитоплазмой имеет первостепенное значение для энергетического обмена клетки. Нуклеотиды, например, не обладают способностью свободно проникать через внутреннюю мембрану; тем не менее АДФ должен проникать из цитоплазмы к частицам внутренней мембраны для образования АТФ, а последний должен проходить сквозь мембрану в обратном направлении для удовлетворения энергетических потребностей клетки.
Для поддержания баланса этих процессов внутренняя мембрана содержит транслоказную систему, которая обладает рецепторами с высоким сродством к АДФ на наружной поверхности и рецепторами для АТФ на внутренней. Используя обратимое «переключение» («flip-flop») или переброску этих двух рецепторов, транслоказа обеспечивает обмен вновь синтезированных молекул АТФ, движущихся в сторону цитоплазмы, на эквивалентное число молекул АДФ, движущихся из цитоплазмы в митохондрии. Таким путем общее содержание адениловых нуклеотидов в митохондриях всегда поддерживается постоянным; образование АТФ уравновешено с распадом АТФ до АДФ в окружающей цитоплазме.
Движение восстановительных эквивалентов между цитоплазмой и внутримитохондриальным пространством осуществляется с использованием системы транслокации совершенно иного типа, так называемого субстратного челнока. Поскольку никотинамиднуклеотиды НАД+ и НАД- Н, подобно адениннуклеотидам, не способны свободно диффундировать через внутреннюю митохондриальную мембрану, они переносят свои восстанавливающие эквиваленты на субстраты, которые проникают через мембраны, выполняя, таким образом, функции челноков.
Когда эти реакции протекают «слева направо» (прямые реакции) восстанавливающие эквиваленты от НАД- Н, который образуется в цитоплазме в ходе таких процессов, как гликолиз, могут проникать в митохондрии, где они в форме SHa подвергаются окислению при участии реакций дыхательной цепи. Как результат осуществления этих реакций в обратном направлении, энергия восстановления, вырабатываемая в митохондриях при работе цикла Кребса или при окислении жирных кислот, переносится из митохондрий в цитоплазму в форме SH2; последний путем обращения реакции (I) участвует в образовании НАД-Н, необходимого для восстановительных синтезов, таких, как обращение гликолиза при синтезе глюкозы в цитоплазме.
Природа субстратов S и SH2, участвующих в челночном эффекте, еще требует выяснения. В печени SH2, вероятно, представлен малатом — метаболитом, проникающим сквозь внутреннюю мембрану с помощью системы переносчиков. Малатдегидрогеназа удовлетворяет требованию обязательного присутствия как в митохондриях, так и вне их; этот фермент может, таким образом, катализировать реакции типа (1) и (2). Оксалоацетат (вещество S в малатной челночной системе) не способен достаточно быстро диффундировать и потому сам по себе не обеспечивает полностью работу челночной системы; но здесь возможна промежуточная реакция его превращения, например в аспартат. К числу других пар S-SH2, возможно выполняющих челночные функции, относятся диоксиацетонфосфат, а-глицерофосфат и ацетоацетат-р-оксибутират, но универсальность их функции для всех тканей не доказана.
Перемещения таких субстратов, как малат, из митохондрий в цитоплазму и обратно могут быть облегчены важными системами переноса, или транспортерами. Подобно системе переноса адениннуклеотидов, переносчики органических кислот действуют путем обмена на перемещающиеся в обратном направлении анионы по принципу «моль на моль». Так, малат, сукцинат и другие дикарбоксилаты взаимодействуют со специфическим транспортером, который в качестве противоиона перемещает в обратном направлении фосфат. Цитрат, изоцитрат и другие трикарбоксилаты диффундируют путем обмена на малат, который, передвигается в обратном направлении, используя другую специфическую систему переноса. О важности переноса дикарбоксилатов упоминалось в связи с переносом восстанавливающих эквивалентов посредством малатного челночного механизма.
Перемещение цитрата и изоцитрата из митохондрий в цитоплазму имеет решающее значение при биосинтезе жирных кислот; при этом цитрат обеспечивает поступление ацетил-КоА в цитоплазму, а изоцитрат служит источником НАДФ-Н при участии цитоплазматической НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназы. Для глутамата, аспартата и орнитина существуют также другие транспортеры, обеспечивающие необходимую связь между процессами обмена аминокислот в митохондриях и в цитоплазме.
- Читать "Монокарбоновые субстраты. Перенос катионов в матрикс митохондрий"
Оглавление темы "Энергообмен в тканях":1. Митохондрии. Значение митохондрий в обмене веществ
2. Циркуляция субстратов. Транспортеры
3. Монокарбоновые субстраты. Перенос катионов в матрикс митохондрий
4. Обмен кальция в митохондриях. Компоненты механизма сопряжения митохондрий
5. Феномен разобщения. Энергозависимые системы переноса
6. Функции всасывания и секреции. Активный перенос веществ
7. Энергетический обмен в нервной ткани. Возбудимость клеток
8. Распространение потенциала действия по нерву. Креатинфосфат
9. Энергообмен в головном мозгу. Энергетический обмен в мышечной ткани
10. Миоглобин. Энергообмен в красных и белых мышцах