17.14. Фермент, катализирующий синтез АТР, был выделен и реконструирован

Познакомимся теперь с АТР-синтезирующей ферментной системой, встроенной во внутреннюю мембрану митохондрий. Этот ферментный комплекс, получивший название АТР-синтетазы или состоит из двух главных компонентов: (F от англ. «factor»).

Компонент напоминает по форме круглую дверную ручку, обращенную в сторону матрикса митохондрии, или шляпку гриба (вследствие чего эти образования называют также грибовидными выростами; рис. 17-2 и 17-15). «Шляпка», чаще называемая головкой, с помощью ножки прикреплена к компоненту FD, который встроен во внутреннюю мембрану и пронизывает ее насквозь (индекс - это не нуль, а буква «о», указывающая на то, что эта часть молекулы АТР-синтетазы связывает токсичный антибиотик олигомицин - мощный ингибитор этого фермента, а следовательно, также и ингибитор окислительного фосфорилирования).

Первым выделили в очищенном виде из внутренней митохондриальной мембраны Эфраим Рэккер с сотрудниками. В изолированном виде компонент F, не обладает способностью синтезировать АТР из ADP и фосфата, но может расщеплять АТР на ADP и фосфат, из-за чего его называют также -АТРазой. Если осторожно экстрагировать F, из инвертированных мембранных пузырьков. полученных путем разрушения внутренней митохондриальной мембраны (рис. 17-15), то дыхательные цепи в этих пузырьках оказываются ненарушенными; они способны осуществлять перенос электронов. Однако пузырьки, лишенные F, (отсутствие -головок подтверждается электронной микроскопией), уже не способны синтезировать АТР.

Рис. 17-15. Разрушение внутренней мембраны митохондрий ультразвуком, получение мембранных пузырьков, лишенных способности к окислительному фосфорилированию, и реконструирование структур, способных осуществлять этот процесс. Под действием ультразвука кристы внутренней митохондриальной мембраны разрушаются. Затем края мембранных фрагментов смыкаются и образуются замкнутые мембранные пузырьки, в которых головки грибовидных выростов, или -головки, обращены не внутрь, а наружу. Если обработать эти инвертированные пузырьки мочевиной или трипсином, то F, - головки от них отделятся. Обработанные таким способом пузырьки, все еще содержащие -компоненты, сохраняют способность к переносу электронов, но уже не могут осуществлять фосфорилирование. Если теперь к таким потерявшим свои головки пузырькам добавить молекулы то эти молекулы вновь соединятся с -единицами, сохранившимися в мембране пузырьков. В таких реконструированных пузырьках снова будут происходить оба процесса и перенос электронов, и окислительное фосфорилированне.

Если же к таким пузырькам в соответствующих условиях добавить изолированный то нормальная структура внутренней митохондриальной мембраны (непременным элементом которой являются - головки) восстановится, а вместе с ней восстановится и энергетическое сопряжение между переносом электронов и синтезом АТР (рис. 17-15). Такого рода эксперименты с реконструкцией мембранной структуры, впервые проведенные Рэккером, положили начало широкому и плодотворному изучению структуры и функции мембран.

Рис. 17-16. Структура (АТР-синтетазы). А. Впервые -АТРаза была обнаружена в виде грибовидных выростов на внутренней поверхности митохондриальной мембраны (их можно видеть здесь на электронной микрофотографии). Б. Модель -АТРазы, показывающая возможное расположение ее субъединиц. В. Кристаллы -компонента комплекса из митохондрий печени крысы. Г. Электронная микрофотография, на которой видны две молекулы вьпеленной из митохондрий печени крысы.

Позднее компонент F, был выделен в чистом кристаллическом виде (рис. 17-16). Его молекулярная масса равна приблизительно 380000. Молекула F, состоит из девяти субъединиц пяти разных типов, сгруппированных вместе и содержащих несколько связывающих участков для АТР и ADP. Удалось также получить в высокоочищенном виде и

-АТРазу. Электронно-микроскопическое изучение полной молекулы этого фермента при высоком разрешении показало, что она состоит из -головки, ножки и основания, которое обычно заполняет всю толщу внутренней митохондриальной мембраны (рис. 17-16). -АТРазу назвали АТРазой, потому что в изолированном виде она катализирует расщепление АТР на ADP и . Однако в интактных митохондриях главная ее биологическая функция заключается не в расщеплении, а в синтезе АТР из ADP и поэтому правильнее было бы называть ее АТР-синтетазой.