Как видно из схемы, приведенной на рис. 5-30, в составе малата в митохондрии передается не только ЩУК, но и атомы водорода от цитоплазматического НАД-//*- Такое вовлечение внемитохондриального источника в работу системы МтО очень невелико: оно ограничено тем количеством ЩУК, которое необходимо для восполнения убыли этого метаболита. Однако поток внешних атомов водорода в матрикс может усилиться, если молекулы ЩУК станут выполнять роль «челнока», снующего сквозь внутреннюю мембрану митохондрий и за каждый оборот переносящего на себе по два атома водорода. Для этого необходимо, чтобы «челнок» (в данном случае — молекула ЩУК) мог возвращаться в цитоплазму за новой порцией водорода от НАД(Ф)-#2. Иными словами, схема на рис. 5-30 должна быть дополнена ме-
ханизмом, обеспечивающим возврат ЩУК из митохондрий в цитоплазму.
Такой механизм существует. Он реализуется благодаря, во-первых, реакции переами- нирования (рис. 5-31) и, во-вторых, наличию белков, осуществляющих трансмембранный перенос трех из ее участников — глутамата и аспартата (перемещаются глутамат-трансло- казой), а также а-кетоглутарата (дикарбокси- лат-транслоказой).
Реакция переаминирования легко обратима. Ее катализирует глутаминово-гцавелево- уксусная трансаминаза (ГЩТ), которую называют также аспартат-аминотрансферазой (ACT). Возникающие в матриксе молекулы ЩУК фермент превращает в аспартат за счет аминогруппы глутамата, который при этом трансформируется в а-кетоглутарат (см. рис.
31). Появившиеся молекулы аспартата и а-КГ легко выходят из митохондрий с помощью упомянутых транслоказ. Попав в цитоплазму, они могут снова вступать в реакцию переаминирования, но уже с участием цитоплазматического изофермента ГЩТ. В итоге здесь возникают молекула ЩУК (исчезнувшая в митохондриях) и молекула глутамата, которую глута- мат-транслоказа возвращает в митохондрии в обмен на аспартат.
Рис. 5-32. Малат-аспартатная система челночного транспорта водорода НАД Н2 Белки-пераносчики: 1 - дикарбоксилат-транслоказа; 2 - глутамат-транслоказа (переносчик аминокислот). Ферменты: малат-дегидрогеназа - цитоплазматическая (А) и митохондриальная (Б) аспартат-аминотрансфераза - цитоплазматическая (В) и митохондриальная (Г).
Изложенные механизмы «окольного» возвращения ЩУК в цитоплазму, в сочетании с процессами, отраженными на рис. 5-30, формируют малат-аспартатную систему челночного транспорта НАД-#2» как она представлена на рис. 5-32. Тот ее фрагмент, который изображен на рис. 5-30, пригоден для восполнения ЩУК (т.е., для компенсации «утечек» метаболитов ЦТК). Кроме того, он необходим для поддержания необходимого уровня «челночных» молекул ЩУК, - тех, что обслуживают работу малат-аспартатной системы транспорта. В полном же «комплекте» вся эта система решает задачу переброски в митохондрии тех молекул НАД-Н2, которые производятся внемито- хондриальными дегидрогеназами. Точнее, передаются только восстановительные эквиваленты (атомы водорода), ибо сами никотин- амидные коферменты не могут проходить сквозь мембрану: они формируют четко разделенные фонды (пулы) — внутримитохондри- альный и цитоплазматический.
Таким образом, малат-аспартатная система челночного транспорта НАД-/^ служит тому, чтобы система МтО могла использовать не только «местные» молекулы НАД*Д>, но и те, которые образуются в цитоплазме. Направленность их потока (из цитоплазмы в митохондрии) обеспечивается отмеченной выше необратимостью заключительной стадии дыхательной цепи. Все же остальные звенья челночного процесса вполне обратимы, а потому могут быть использованы еще и для поддержания равновесных концентраций участвующих в нем метаболитов в случае убыли любого из них (или его притока извне).
Малат-аспартатная система характерна для клеток миокарда, печени и почек. В скелетных мышцах и мозге функционирует альтернативная система, которую обозначают как глицеро- фосфатный механизм челночного транспорта. В нем используется дигидроксиацетон- фосфат (ДГАФ), который, как и изомерный ему фосфоглицеральдегид (ФГА), возникает при распаде глюкозы (как будет показано на рис.
Как показано на рис. 5-33, цитоплазматическая фосфоглицеролдегидрогеназа способна восстанавливать ДГАФ до глицерол-3-фосфата (за счет НАД-#2). Оба метаболита легко проникают через наружную мембрану митохондрий, не нуждаясь в каких-либо посредниках. Здесь глицерол-3-фосфат может подвергаться обратному превращению, но уже под действием митохондриальной фосфоглицеролдегидрогеназы, которая, в отличие от цитоплазматического аналога, относится к числу флавиновых ферментов. В разделе 5.2.3 уже отмечалось, что эта дегидрогеназа встроена во внутреннюю мембрану с ее внешней стороны и является одним из вариантов начального звена укороченной дыхательной
Рис. 5-34. Глицерофосфатный механизм челночного транспорта с участием цитоплазматической (1) и митохондриальной (2) фосфоглицеролдегидрогеназ
цепи. Окисляя фосфоглицерол до ДГАФ, она инициирует мембранный транспорт электронов (и протонов) с коэффициентом Р/О, равным 1,5. Образуемый при этом ДГАФ возвращается в цитоплазму в готовности захватывать новые порции водорода от возникающего здесь НАД-Н2 (рис. 5-34). Общую направленность процесса - передачу водорода от НАДН2 цитоплазмы на дыхательную цепь - диктует отмечавшаяся выше необратимость конечного звена системы МтО.
Таким образом, в отличие от малат- аспартатной системы, глицерофосфатный механизм переброски в митохондрии водорода от цитоплазматического НАД-Н2 дает возможность получить не 2.5 молекулы АТФ, а только 1,5 (на каждую пару атомов водорода). Но есть в этом и очень важное преимущество. Оно заключается в возможности транспорта атомов водорода против градиента НАД-Н2у на что не способна малат-аспартатная система. Своеобразной «платой» за это преимущество и является «недополучаемая» молекула АТФ.
Многие реакции, требующие использования кислорода, протекают без участия дыхательной цепи. Соответствующие ферменты локализованы чаще всего в мембране ЭР (фракция микросом). Отсюда и возник термин «яшк- росомальное окисление». Оказалось, однако, что аналогичные процессы встречаются и в других субклеточных структурах. Поэтому предпочтительнее выглядит более общее обозначение - «внемитохондриалъное окислением. Но и оно небезупречно. Ибо даже в митохондриях есть ферменты, использующие кислород вне зависимости от дыхательной цепи. В частности, моноаминоксидаза - маркерный фермент наружной мембраны. Во внутренней мембране также встречаются ферменты иного способа биоокисления. Наиболее известен пример с цитохром(Р45о}-монооксигенс1зсши. В печеночных клетках они действительно сосредоточены в мембранах ЭР. Однако в других ткаиях, особенно в коре надпочечников, некоторые из таких фермеитов локализованы во внутренней мембране митохондрий.
Недавно предложен еще один синоним «свободное окисление» (подразумевающий отсутствие сопряженности с реакциями фосфорилирования, т.е., с накоплением энергии в виде АТФ). Этот термин, однако, совсем неоднозначен; в частности, он не позволяет отличить это «свободное окисление» от работы дыхательной цепи в режиме разобщения.
Учитывая изложенное, термин «внемито- хондриальное окисление» можно принять (за неимением лучшего) для наиболее приемлемого обозначения тех кислород-зависимых процессов, которые протекают без участия дыхательных цепей митохондрий.
По способу использования кислорода ферменты внемитохондриального окисления различаются очень сильно. Одни из них - оксидазы И десатуразы - отнимают водород от субстрата и передают его прямо на кислород. Другие внедряют кислород в молекулу органического вещества, - процесс, совершенно несвойственный системе МтО (но близкий изначальным представлениям сторонников теории активации кислорода). Такие ферменты называют оксигеназсши. Их подразделяют на моноокси- геназы и диоксигенозы. Среди последних выделяются своеобразием действия и биологической значимостью липоксигеназы и циклоокси- геназы. Именно в такой очередности удобно рассмотреть все основные группы ферментов внемитохондриального окисления.
