Динамика переноса протона на границе раздела фаз мембрана/вода и механизм биологического преобразования энергии

Аннотация

Перенос протона между водой и интегральными мембранными белками играет ключевую роль в биоэнергетике. В обзоре рассматривается механизм этого переноса, основанный на данных о работе мембранных ферментов, захватывающих или выбрасывающих протоны в ответ на вспышку света. Изучение этих ферментов показало, что обмен протонами между мембранной поверхностью и объемной водной фазой происходит за время ≥ 1 мс из-за наличия кинетического барьера для ионов. Высота барьера для протонов, как это следует из анализа экспериментальных данных, составляет около 0,12 эВ, т.е. барьер достаточно высок, чтобы объяснить наблюдаемое замедление протонного обмена. Из-за этого барьера активность протонов на поверхности мембраны в стационарных условиях может отличаться от их активности в водной фазе; при этом протондвижущая сила для синтеза АТР может быть выше, чем измеряемая между объемными водными фазами. Эта особенность важна для понимания биоэнергетики щелочелюбивых бактерий. В то же время диффузия протона вдоль мембранной поверхности является свободной и быстрой; обмен протонами между соседними ферментами может проходить за микросекунды. Подобная анизотропия протонной динамики на поверхности мембраны позволяет прокариотам снижать «непродуктивную» утечку протонов во внешний объем. Утечку дополнительно снижают впячивания внутренней мембраны, характерные для некоторых бактерий; при этом «выброшенные наружу» протоны поступают в замкнутое пространство таких округлых или плоских внутриклеточных мембранных «мешков». Тилакоиды хлоропластов и кристы митохондрий происходят из подобных внутриклеточных структур.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи: