35. Кінетика та енергетика мембранного транспорту

Кінетика транспортних процесів. Однонаправлений потік речовини через мембрану описується виразом, аналогічним рівнянню Міхаеліса-Ментен:

J1,2 = Jmax • C1 / Km + C1

де J1,2 – потік речовини із відсіку 1 у відсік 2;

Jmax – максимальна швидкість потоку за умов насичення;

C1 – концентрація речовини у відсіку 1.

Оскільки є два відсіки, концентрації речовини в яких змінюються в процесі транспорту, то результуючий вираз буде мати наступний вигляд:

J = Jmax • [C1 / (Km+C1)  C2/(Km+C2)]

В біологічних системах, в яких транспорт здійснюється за участю переносників, трансмембранний електрохімічний градієнт речовини, що транспортується, підтримується завдяки постійному її видаленню із другого відсіку. Це значить, що перенесення з добрим наближенням можна описати рівнянням:

J = Jmax • [C1 / (Km+C1)]

Формальна подібність цього виразу до рівняння ензиматичної кінетики дозволяє використовувати ті ж самі математичні прийоми обробки експериментальних результатів для визначення Km, а також для кінетичної характеристики дії інгібіторів транспорту.

Енергетична вартість транспортних процесів. Підтримання високих концентраційних градієнтів передбачає рух молекул і іонів в термодинамічно невигідному напрямку. Для цього руху потрібні великі затрати енергії. Чим вищий концентраційний градієнт тим більше енергії потрібно на його підтримання. В окремих випадках на активний транспорт використовується майже уся енергія, що виробляється в клітині.

У людини, що відпочиває 30-40% усієї енергії метаболізму витрачається на активний транспорт, тому інгібітори енергетичного метаболізму в першу чергу інгібують активний транспорт. Так діють: фтор- та йодацетат (інгібують гліколіз), малонат і фторацетат (інгібують ЦТК), CN, ротенон і антиміцин – інгібітори дихального ланцюга, олігоміцин і 2,4-динітрофенол – інгібітори та роз’єднувачі окислювального фосфорилювання.

Хоча всі без винятку клітини підтримують іонні градієнти, нервова тканина займає особливе місце. За умови часто повторюваної деполяризації, що супроводжується витоком іонів, нервові клітини повинні постійно відновлювати іонні градієнти. Вага мозку складає 1/50 ваги тіла і тим не менше ця тканина використовує 1/5 частина від всього кисню, що метаболізується в організмі, тобто в 10 разів більше на одиницю ваги, аніж інші тканини.

Нирки людини продукують в день 100-200л клубочкового фільтрату, однак сечі виділяється всього 1-2 л. Більша частина солей і практично всі амінокислоти і моносахариди реабсорбуються із фільтрату. Уабаїн, що інгібує транспорт Na+, на 70-80% пригнічує використання кисню нирковою тканиною. З цього факту слідує, що в нирках на активний транспорт витрачається основна частина метаболічної енергії.

У більшості клітин постійно відбуваються процеси розщеплення та заміни мембранних ліпідів. Гідроліз кожного зв’язку в молекулі гліцерофосфоліпідів забезпечують наявні у лізосомах специфічні гідролітичні ензими.

36. Структура та властивості рнк-полімерази.

ДНК-залежна РНК-полімераза на відміну від ДНК-полімерази І є великою білковою молекулою із складною субодиничною структурою. Найбільш докладно вивченормент РНК-полімераза Е.соli - олігомер з молекулярною масою близько 48 104, який складається з п'яти різних поліпептидних субодиниць: α (два ланцюги), (β ,β', w, δ (холофермент).

Комплекс, який не містить δ -субодиниці, має назву мінімального ферменту або кор-ферменту, і виконує каталітичну функцію, а δ -субодиниця потрібна для правильного вибору місця посадки ферменту на матрицю ДНК і почаку синтезу; вона також впливає на здатність кор-ферменту до зв'язування. Після утворення першого фосфодіетерного зв'язку δ -субодиниця вилучаєть і з ферментного комплексу, і збільшення ланцюга РНК (елонгація) продовжується без неї.

Відомо, що субодиниці виконують такі функції: субодиниця β скоріше за все бере участь у зв'язуванні рибонуклеозидтрифосфатів у реакціях ініціації та елонгації; комплекс α і β'-субодиниць (α2, β' залучений до неспецифічного міцного зв'язування з ДНК і специфічної взаємодії холоферменту з нуклеотидними послідовностями, що детермінують ініціацію транскрипції (промоторна ділянка, сайт); функція w -ланцюга невідома.

Слід зазначити, що ДНК-залежні РНК-полімерази еукаріотів багато в чому відрізняються від відповідних ферментів прокаріотів. Вони є складними олігомерними структурами різних розмірів, що складаються з кількох, здебільшого високомолекулярних, субодиниць. Крім цього, на відміну від бактерій у клітинах еукаріотів міститься кілька форм ДНК-залежних РНК-полімераз, які локалізовані в різних субклітинних фракціях і відповідають за синтез різних типів РНК:

РНК-полімераза І (або А) локалізована здебільшого в ядерці та відповідає за синтез попередників рибосомної РНК; цей фермент забезпечує 50-70 % клітинного синтезу РНК;

РНК-полімераза II (або В) міститься в нуклеоплазмі (ядро за винятком ядерця) і відповідає за синтез гетерогенно-ядерної РНК і попередника мРНК; цей фермент забезпечує 20-40 % клітинної РНК-синтезуючої активності;

РНК-полімераза III (або С) локалізована в нуклеоплазмі й відповідає за синтез тРНК та інших низькомолекулярних РНК; фермент забезпечує до 10 % клітинного синтезу РНК.