олигомицина синтезируется высокоэнергетическое промежуточное соединение X~Y, а обращенный поток электронов и перекачка ионов могут идти за счет свободной энергии гидролиза этого соединения без образования АТР. Динитрофенол разобщает все реакции, вызывая гидролиз X~Y, а олигомицин воздействует только на синтез АТР. Эти наблюдения объясняются также гипотезой Митчелла, согласно которой ионный транспорт предшествует синтезу АТР.

Еще одним энергозависимым процессом является трансгидрогеназ-ная реакция [уравнение (11-12)].

11. Транспорт через митохондриальные мембраны

Как и наружная плазматическая клеточная мембрана, внутренняя митохондриальная мембрана отличается высокой избирательностью. Некоторые неионизированные вещества легко проходят через нее, тогда как транспорт ионных веществ, включая анионы дикарбоновых и трнкарбоновых кислот, находится под жестким контролем. В некоторых случаях анионы перемещаются в результате энергозависимого «активного транспорта». В других случаях анион может пройти внутрь лишь в обмен на другой анион, выходящий наружу. Во всех этих случаях необходимо участие специфических транслоцирующих белков-переносчиков (гл. 5, разд, Б,2).

Одна из систем транслокации производит обмен ADP на АТР. Этот адениннуклеотидный переносчик поставляет ADP в матрикс, где он подвергается фосфорилированию, и в отношении 1 : 1 переносит АТР в цитоплазму [60, 100—102JI Отдельный переносчик ведает доставкой Pi, вероятно, в форме Н2РОГ. Обычно полагают, что степень фосфорилирования Rp = [ATP]/[ADP] • [Pi]\ имеет одно и то же значение снаружи и внутри митохондрии. Однако Клингенберг установил, что R9 снаружи в 10 раз больше, чем внутри [102]'. Это должно означать, что вновь синтезированный АТР освобождается преимущественно снаружи внутренней митохондриальной мембраны. Меньшая часть АТР должна освобождаться внутри митохондрии, где она затрачивается на активацию жирных кислот, синтез белков и т, д, Пируват, по-видимому, тоже попадает в митохондрию с помощью собственного переносчика—по всей вероятности, вместе с протоном. С другой стороны, анионы дикарбоновых кислот, например малат или а-кетоглутарат, обмениваются в отношении 1:1, равно как и аспартат, и глутамат.

Мембраны митохондрий непроницаемы для NADH. Таким образом, перенос в митохондрии восстанавливающих эквивалентов от NADH, образующегося в цитоплазме, составляет важную проблему. В грибах и зеленых растениях она решается присутствием двух NADH-дегидро-геназ (флавопротеидов), встроенных во внутреннюю митохондриаль-ную мембрану [61, 103]. Одна обращена к матриксу и окисляет эндогенный NADH, образовавшийся в матриксе, а другая обращена наружу, в межмембранное пространство, и окисляет экзогенный NADH, образовавшийся в цитоплазме. Оба фермента передают электроны в цепь переносчиков через убихинон, однако экзогенную NADH-дегидро-геназу ротенон не ингибирует (рис. 10-11).

У животных восстанавливающие эквиваленты NADH поступают в митохондрии косвенным путем. Было постулировано много различных механизмов, и весьма возможно, что в действительности реализуется несколько механизмов одновременно. В летательной мышце насекомых NADH восстанавливает диоксиацетонфосфат. Образовавшийся в результате а-глицерофосфат (s/г-З-глицерофосфат) проходит через проницаемую наружную мембрану митохондрии, после чего он снова окисляется в диоксиацетонфосфат с помощью FAD-содержащей гли-церофосфатдегидрогеназы, встроенной в наружную поверхность внутренней мембраны. Диоксиацетон может вернуться обратно в цитоплазму. Такой глицерофосфатный челночный механизм (рис. 10-13) в конечном итоге обеспечивает митохондриальное окисление NADH, образовавшегося в цитоплазме. У млекопитающих аналогичную функцию, по-видимому, выполняет более сложный малат-аспартатный челночный механизм (рис. 10-13). В этом случае перенос восстанавливающих эквивалентов в митохондрию включает восстановление оксалоацетата в

424 Гл»еа \Q

А Г/ТЦЕРОФОСФАТНЫИ челночный МЕХАНИЗМ Цитоплазма

Митохондриальный матрикс

NAD

sn - Глицероя-3-qmcQoam

В Мал am- аспартатньш челночный механизм

NAD+

МАЛАТ ПОД ДЕЙСТВИЕМ NADH, ПЕРЕНОС МАЛАТА В МИТОХОНДРИЮ И ЕГО РЕ-ОКИСЛЕНИЕ С ПОМОЩЬЮ NAD+. Однако МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ МЕМБРАНЫ ОЧЕНЬ МАЛО ПРОНИЦАЕМЫ ДЛЯ ОКСАЛОАЦЕТАТА. Поэтому ВОЗВРАТ ПОСЛЕДНЕГО В ЦИТОПЛАЗМУ ПРОИСХОДИТ ЧЕРЕЗ ЕГО ПЕРЕАМИНИРОВАНИЕ в АСПАРТАТ, КОТОРЫЙ УХОДИТ ИЗ МИТОХОНДРИИ ВМЕСТЕ С А-КЕТОГЛУТАРАТОМ. ОдновреМЕННО В ОБМЕН НА АСПАРТАТ В МИТОХОНДРИЮ ПОСТУПАЕТ ГЛУТАМАТ. а-Кето-ГЛУТАРАТ ПРЕДПОЛОЖИТЕЛЬНО ВЫХОДИТ НАРУЖУ В ОБМЕН НА ПОСТУПАЮЩИЙ ВНУТРЬ МАЛАТ, КАК УКАЗАНО НА РИС. 10-13.

Существует ПРЕДПОЛОЖЕНИЕ, ЧТО ВЫВОД АСПАРТАТА ИЗ МИТОХОНДРИИ СВЯЗАН С ПОТРЕБЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ; В ЭТОМ СЛУЧАЕ МОЖНО ПРОВЕСТИ АНАЛОГИЮ С РАБОТОЙ Na+-HACOCA В ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЕ [104]. МеХАНИЗМ ТАКОГО ТРАНСПОРТА МОЖЕТ БЫТЬ СХОДЕН ПО ХАРАКТЕРУ С МЕХАНИЗМОМ поглощения АМИНОКИСЛОТ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИМИ МЕМБРАННЫМИ ПУЗЫРЬКАМИ БАКТЕРИЙ [105—107]'. Накопление АМИНОКИСЛОТ ТАКИМИ ПУЗЫРЬКАМИ, ПО-ВИДИМОМУ, НЕ ЗАВИСИТ ОТ АТР, НО СОПРЯЖЕНО С ПЕРЕН