Биоэнергетика клетки

Представляем: мортон инвест в Подмосковье

Журнал НИЖ (№1, 1974)

Автор: Доктор биологических наук А. Ясайтис и сотрудник отдела биоэнергетики Межфакультетской лаборатории МГУ С. Остроумов.

Рубрика: Наука. Вести с переднего края

Молекула аденозинтрифосфорной кислоты [АТФ) — универсальный микроаккумулятор энергии в клетке. Именно из этого источника у животных и человека черпается энергия и при сокращении мышц, и при проведении сигнала через нейрон, и при синтезе молекул белка, иными словами — при любых жизненных отправлениях. Публикуемая статья рассказывает об одном из путей, по которому идут биологи в поисках ответа на вопрос, каким образом клетка синтезирует молекулу АТФ. В последнее время научная проблематика, объединяемая под названием «биоэнергетика», привлекает все возрастающее внимание исследователей. За одно пятилетие появились три международных журнала по биоэнергетике. Все чаще созываются международные специализированные симпозиумы и конференции, обобщающие непрерывный поток экспериментальной информации по этой тематике. Смысл термина «биоэнергетика» в принципе не требует специального разъяснения. Он включает в себя многие аспекты обеспечения жизненных процессов энергией. Наш рассказ облегчается, однако, тем, что под флагом биоэнергетики в настоящее время сгруппировались исследователи, которых волнует лишь вполне определенный и относительно узкий круг вопросов энергетики жизни в целом. Введение самого слова «биоэнергетика» в научную терминологию напоминает историю термина «кибернетика». Как известно, Н. Винер в свое время опубликовал полупопулярную книгу с изложением своих идей относительно проблем управления, и название книги — «Кибернетика» быстро завоевало популярность в качестве имени нового научного направления. Аналогичную судьбу имела монография лауреата Нобелевской премии А. Сент-Дьерди, вышедшая в 1957 году под названием «Биоэнергетика». Книга, очень ярко и интересно написанная, содержала мысли (именно мысли!) автора о процессе мышечного сокращения, об энергетическом состоянии биологических возбудимых молекул, сетования относительно неспособности традиционных химических формул отразить энергетику биохимических реакций, откровенные заявления крупного биохимика о незнании многих аспектов энергетики жизни.
Схема преобразования энергии, выделяющейся при переносе элентронов, в энергию, запасенную в АТФ. Электрическое поле и разность концентраций ионов водорода на внешней и внутренней сторонах мембраны, преобразующей энергию. Симметрия перехода электронов на более высокий энергетический уровень при фотосинтезе и возврата на исходный энергетический уровень при дыхании. Системы переноса электронов на более высокий энергетический уровень локализованы в хлоропластах. В итоге энергия света аккумулируется в продуктах фотосинтеза — углеводах. Последние при участии пиридиннуклеотидов отдают «богатые энергией» электроны в цепи переноса электронов, расположенные в митохондриях животных и растений. При потоке электронов на исходный энергетический уровень энергия накапливается в молекулах АТФ. В суспензии мембранных частиц, несущих поле, ориентированное так, что отрицательный потенциал находится внутри, а положительный снаружи, происходит поглощение положительно заряженных катионов и выброс анионов (1). Такие явления наблюдали в суспензии митохондрий. Частицы с мембранным потенциалом противоположной ориентации («плюс» внутри) вызывают противоположные эффекты: выброс катионов и поглощение анионов (2). Два основных механизма создания электрического поля на мембране.
1— поле создается вследствие переноса электрона от молекулы фермента А к молекуле фермента В. А и В — компоненты цепи переноса электронов. Существенно, что А и В находятся у разных сторон мембраны: А ближе к наружной поверхности,
В ближе к внутренней.
2— поле образуется вследствие деятельности так называемой «протонной помпы», транспортирующей ионы водорода через мембрану.
Опыты, иллюстрирующие наличие электрического поля на мембранах митохондрий и бактерий. Использование энергии электрического поля и градиента концентрации ионов водорода для синтеза АТФ. Ферментный комплекс, синтезирующий АТФ (так называемая АТФ-синтетаза или АТФ-аза), создает возможность ионам водорода «вернуться» в пространство слева от мембраны, где их меньше, чем в пространстве справа. При этом уменьшается разность концентрации протонов, а также электрическое поле. Их энергия запасается АТФ-азой в молекулах одновременно синтезируемой АТФ. Кванты света, взаимодействуя с молекулами хлорофилла в хлоропластах, вызывают перестройку электронной структуры молекул хлорофилла. Затем электроны, спускаясь на более низний энергетичесний уровень по цепи переноса электронов, отдают свою энергию для синтеза АТФ. Определенная часть электронов, перешедших на высокий энергетический уровень, накапливается в молекулах восстановленного пиридиннуклеотида (фотосистема 1).

Количество просмотров: 3352