УДК 577.352.332 Ерошенко Л. В. 1,2, Мараховская А. С. 2,3

УДК 577.352.332
Ерошенко Л. В.1,2, Мараховская А. С.2,3, Еремеев С. А.2,3, Мотовилов К. А.1,2,
Ягужинский Л. С.1,2
1
Московский физико-технический институт
2
Институт физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ им. М. В.
Ломоносова
3
Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М. В. Ломоносова
Изучение механизма терминальной стадии переноса ионов водорода через
внутреннюю мембрану митохондрий в условиях синтеза АТФ
В митохондриях при работе дыхательных мембранных ферментов (Н+помп) происходит переброс Н+-ионов через внутреннюю митохондриальную
мембрану. Терминальной стадией трансмембранного переноса Н+-ионов через
мембрану принято считать реакцию переноса Н+-ионов через внешнюю
межфазную границу мембрана-вода. Этот процесс фактически включает две
стадии: реакцию присоединения Н+-иона к анионным группировкам внешней
поверхности на его пути из внутреннего пространства митохондрий наружу и
реакцию отрыва (диссоциации) Н+-иона от поверхности мембраны. Вторая
реакция имеет относительно высокий кинетический барьер. Из-за того, что
скорость реакции посадки протона на межфазную границу быстрее, чем скорость
отрыва протона в водную фазу на поверхности внутренней мембраны образуется
фракция неравновесно связанных ионов водорода. Эта фракция может быть
удалена с поверхности путем добавления катализатора (роль которого играет
слабое основание Льюиса ― HEPES). Образование фракции Н+-ионов,
неравновесно
связанных
с
поверхностью
внутренней
мембраны,
было
обнаружено ранее в нашей лаборатории в условиях, когда в митохондриях
работали
только
дыхательные
протонные
помпы,
а
АТФ-синтетаза
не
функционировала.
Цель настоящей работы ― ответить на вопрос о том, происходит ли
образование фракции неравновесно связанных на поверхности внутренней
митохондриальной мембраны ионов водорода в условиях синтеза АТФ.
Работа проводилась на митопластах, т.е. митохондриях, лишенных
внешней мембраны. Неравновесное связывание протонов с внешней мембраной,
возникающее при включении работы дыхательных Н+-помп, регистрировалось по
увеличению поверхностного заряда митопластов, точнее ζ-потенциала, который
регистрируется по изменению подвижности митопластов в электрическом поле с
помощью Malvern Zetasizer. Первые серии экспериментов показали, что процесс
синтеза АТФ сопровождается образованием фракции неравновесно связанных
ионов водорода на внутренней митохондриальной мембране.
Этот результат имеет большое значение для понимания механизма работы
системы преобразования энергии окислительных реакций, протекающих в
митохондриях, в энергию пирофосфатной связи АТФ.
Литература
1.
Robertson D. E., Rottenberg H. Membrane Potential and Surface Potential Mini
tochondria // The Journal of Biological Hemistry – 1983. – V. 258, N. 18. – P. 1103911048.
2.
Schäfer G., Rowohl-Quisthoudt G. Influence of surface potentials on the
mitochondrial H+ pump and on lipid-phase transitions// Journal of bioenergetics and
biomembranes. – 1976. – V. 8, N. 2. – P. 73-81.
3.
Rottenberg H. Membrane potential and surface potential in mitochondria: Uptake
and binding of lipophilic cations// Journal of membrane biology. – 1984. – V. 81, N. 2.
– P. 127-128.
4.
Hashimoto K., Rottenberg H. Surface potential in rat liver mitochondria: terbium
ion as a phosphorescent probe for surface potential// Biochemistry. – 1983. – N. 22 (25).
– P. 5738–5745.
Работа выполнена при поддержке госконтрактов РФ № 02.740.11.0299, №
02.740.11.5010, №П974 мероприятия 1.2.2 Федеральной Целевой Программы
"Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013
годы.
Работа
Национального
поддержана
программой
Исследователького
"Chaires
Агенства
d'excellence"
Франции,
2008
года
специальным
соглашением 5.1 CEA(IBS) – HGF(FZJ) и грантом Марии Кюри для поддержки и
карьерного развития исследователей (FP7-PEOPLE-2007-1-1-ITN), а также
грантом EC FP7 консорциума EDICT (HEALTH-201924).