БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 8, с. 1091–1099

УДК 577.352.5

Электрогенез во фракции плазматических мембран из галотолерантной микроводоросли Dunaliella maritima и эффекты N,N′-дициклогексилкарбодиимида*

© 2020 Л.Г. Попова **, Д.А. Маталин, Ю.В. Балнокин

ФГБУН Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, 127276 Москва, Россия; электронная почта: lora_gp@mail.ru

Поступила в редакцию 22.06.2020
После доработки 22.06.2020
Принята к публикации 26.06.2020

DOI: 10.31857/S0320972520080084

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Dunaliella maritima, Na+-АТФаза, N,N′-дициклогексилкарбодиимид, микроводоросли, мембранный потенциал, плазматическая мембрана.

Аннотация

В опытах на везикулярных препаратах плазматической мембраны, выделенных из клеток зеленой галотолерантной микроводоросли Dunaliella maritima, исследовали влияние N,N′-дициклогексилкарбодиимида (N,N′–dicyclohexylcarbodiimide, DCCD) – неспецифического ингибитора транспортных систем, функционирующих в биологических мембранах, – на Na+-транспортирующую АТФазу Р-типа этого организма. Исследовали эффекты DCCD на электрогенную/ион-транспортирующую функцию фермента и его АТФ-гидролазную активность. Электрогенную/ион-транспортирующую функцию фермента регистрировали с помощью потенциал-чувствительного зонда оксонол VI по Na+-зависимой генерации электрического потенциала на везикулярных мембранах. Найдено, что, в отличие от множества других ион-транспортирующих АТФаз, Na+-АТФаза D. maritima нечувствительна к действию DCCD. Этот агент не подавлял ни гидролиз АТФ, катализируемый данным ферментом, ни его транспортную активность. Вместе с тем, DCCD влиял на способность везикулярных мембран поддерживать электрический потенциал, создаваемый Na+-АТФазой D. maritima. Наблюдаемые эффекты объясняются, исходя из предположения, что DCCD взаимодействует с Na+/Н+ антипортером в плазматической мембране D. maritima.

Текст статьи

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

captcha

Сноски

* Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM20-173, 30.07.2020.

** Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 20-04-00903).

Конфликт интересов

У авторов отсутствует конфликт интересов в финансовой или какой-либо иной сфере.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Boldyrev, A. A. (2001) Na/K-ATPase as an oligomeric ensemble, Biochemistry (Moscow), 66, 821-831, doi: 10.1023/a:1011964832767.

2. Scheiner-Bobis, G. (2002) The sodium pump, Eur. J. Biochem., 269, 2424-2433, doi: 10.1046/j.1432-1033.2002.02909.x.

3. Gaxiola, R. A., Palmgren, M. G., and Schumacher, K. (2007) Plant proton pumps, FEBS Lett., 581, 2204-2214, doi: 10.1016/j.febslet.2007.03.050.

4. Balnokin, Y. V., and Popova, L. G. (1994) The ATP-driven Na+-pump in the plasma membrane of the marine unicellular alga Platymonas viridis, FEBS Lett., 343, 61-64, doi: 10.1016/0014-5793(94)80607-1.

5. Popova, L. G., Shumkova, G. A., Andreev, I. M., and Balnokin, Y. V. (2005) Functional identification of electrogenic Na+-translocating ATPase in the plasma membrane of the halotolerant microalga Dunaliella maritima, FEBS Lett., 579, 5002-5006, doi: 10.1016/j.febslet.2005.07.087.

6. Axelsen, K., and Palmgren, M. G. (1998) Evolution and substrate specificities in the P-type ATPase superfamily, J. Mol. Evol., 46, 84-101, doi: 10.1007/pl00006286.

7. Palmgren, M. G., and Nissen, P. (2011) P-type ATPases, 40, 243-266, doi: 10.1146/annurev.biophys.093008.131331.

8. Pagis, L. Y., Popova, L. G., Andreev, I. M., and Balnokin, Y. V. (2003) Comparative characterization of the two primary pumps, H+-ATPase and Na+-ATPase, in the plasma membrane of the marine alga Tetraselmis viridis, Physiol. Plant., 118, 514-522, doi: 10.1034/j.1399-3054.2003.00113.x.

9. Pedersen, Ch. N. S., Axelsen, K. B., Harper, J. F., and Palmgren, M. G. (2012) Evolution of plant P-type ATPases, Front. Plant Sci., 3, doi: 10.3389/fpls.2012.00031.

10. Oren, A. (2005) A hundred years of Dunaliella research: 1905-2005, Saline Systems, 1, 1-14, doi: 10.1186/1746-1448-1-2.

11. Gouaux, E., and MacKinnon, R. (2005) Principles of selective ion transport in channels and pumps, Science, 310, 1461-1465, doi: 10.1126/science.1113666.

12. Meier, T., Krah, A., Bond, P. J., Pogoyelov, D., Diederichs, K., and Faraldo-Gomez, J. D. (2009) Complete ion-coordination structure in the rotor ring of Na+-dependent F-ATP synthases, J. Mol. Biol., 391, 498-507, doi: 10.1016/j.jmb.2009.05.082.

13. Imagawa, T., Yamamoto, T., Kaya, Sh., Sakaguchi, K., and Taniguchi, K. (2005) Thr-774 (transmembrane segment M5), Val-920 (M8), and Glu-923 (M9) are involved in Na+-transport, and Gln-923 (M8) is essential for Na+,K+-ATPase activity, J. Biol. Chem., 280, 18736-18744, doi: 10.1074/jbc.M500137200.

14. Kaim, G., and Dimroth, P. (1994) Construction, expression and characterization of a plasmid-encoded Na+-specific ATPase hybrid consisting of Propionigenium modestum Fo-ATPase and Escherichia coli F1-ATPase, Eur. J. Biochem., 222, 615-623, doi: 10.1111/j.1432-1033.1994.tb18904.x.

15. Toei, M., and Noji, H. (2013) Single-molecule analysis of F0F1-ATP synthase inhibited by N,N′-dicyclohexylcarbodiimide, J. Biol. Chem., 288, 25717-25726, doi: 10.1074/jbc.M113.482455.

16. Ferguson, S., Keis, S., and Cook, G. M. (2006) Biochemical and molecular characterization of a Na+-translocating F1F0-ATPase from the thermoalkaliphilic bacterium Clostridium paradoxum, J. Bacteriol., 188, 5045-5054, doi: 10.1128/JB.00128-06.

17. Soontharapirakkul, K., and Incharoensakdi, A. (2010) Na+-stimulated ATPase of alkaliphilic halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica translocates Na+ into proteoliposomes via Na+ uniport mechamism, BMC Biochemistry, 11, doi: 10.1186/1471-2091-11-30.

18. Murata, T., Kawano, M., Igarashi, K., Yamato, I., and Kakinuma, Y. (2001) Catalytic properties of Na+-translocating V-ATPase in Enterococcus hirae, Biochim. Biophys. Acta, 1505, 75-81, doi: 10.1016/S0005-2728(00)00278-4.

19. Yokoyama, K., Nakano, M., Imamura, H., Yoshida, M., and Tamakoshi, M. (2003) Rotation of the proteolipid ring in the V-ATPase, J. Biol. Chem., 278, 24255-24258, doi: 10.1074/jbc.M303104200.

20. Corbalan-Garsia, S., Teruel, J. A., and Gomez-Fernandez, J. C. (1992) Characterization of Ruthenium Red-binding sites of the Ca2+-ATPase from sarcoplasmic reticulum and their interaction with Ca2+-binding sites, Biochemistry, 287, 767-774, doi: 10.1042/bj2870767.

21. Wiangnon, K., Raksajit, W., and Incharoensakdi, A. (2007) Presence of a Na+-stimulated P-type ATPase in the plasma membrane of the alkaliphilic halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica, FEMS Microbiol. Lett., 270, 139-145, doi: 10.1111/j.1574-6968.2007.00667.x.

22. Massyuk, N. P. (1973) Morphology, taxonomy, ecology and geographic distribution of the genus Dunaliella Teod. and prospects for its potential utilization, Naukova Dumka, Kiev, p. 244.

23. Abdullaev, A. A., and Semenenko, V. E. (1974) Intensive cultivation and certain physiological characteristics of Dunaliella salina Teod., Soviet Plant Physiol., 21, 947-955.

24. Carter, S. G., and Karl, D. W. (1982) Inorganic phosphate assay with malachite green: an improvement and evaluation, J. Biochem. Biophys. Methods, 7, 7-13, doi: 10.1016/0165-022x(82)90031-8.

25. Simpson, I. A., and Sonne, O. (1982) A simple, rapid and sensitive method for measuring protein concentration in subcellular membrane fractions prepared by sucrose density ultracentrifugation, Anal. Biochem., 119, 424-427, doi: 10.1016/0003-2697(82)90608-x.

26. Krulwich, T. A. (1983) Na+/H+ antiporters, Biochim. Biophys. Acta, 726, 245-264, doi: 10.1016/0304-4173(83)90011-3.

27. Pagis, L. Ya., Popova, L. G., Andreev, I. M., and Balnokin, Yu. V. (2001) Ion specificity of Na+-transporting systems in the plasma membrane of the halotolerant alga Tetraselmis (Platymonas) viridis, Russ. J. Plant Physiol., 48, 281-286, doi: 10.1023/A:1016645829002.

28. Kluge, C., and Dimroth, P. (1993) Specific protection by Na+ or Li+ of the F1Fo-ATPase of Propionigenium modestum from the reaction with dicyclohexylcarbodiimide, J. Biol. Chem., 268, 14557-14560.

29. Popova, L. G., Shumkova, G. A., Andreev, I. M., and Balnokin, Yu. V. (2000) Na+-dependent electrogenic ATPase from the plasma membrane of the halotolerant microalga Dunaliella maritima, Doklady Biochemistry, 375, 235-238, doi: 10.1023/A:1026675923730.

30. Sussman, M. R., and Slayman, C. W. (1983) Modification of the Neurospora crassa plasma membrane H+-ATPase with N,N′-dicyclohexylcarbodiimide, J. Biol. Chem., 258, 1839-1843.

31. Kinsella, J. L., Wehrle, J., Wilkins, N., and Sacktor, B. (1987) Inhibition of Na+-H+-exchange by N,N′-dicyclohexylcarbodiimide in isolated rat renal brush border membrane vesicles, J. Biol. Chem., 262, 7092-7097.

32. Murakami, N., and Konishi, T. (1989) Mechanism of function of dicyclohexylcarbodiimide-sensitive Na+/H+-antiporter in Halobacterium halobium: pH effect, Arch. Biochem. Biophys., 271, 515-523, doi: 10.1016/0003-9861(89)90303-2.