Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №4

Таким образом, за счет электрохимического потенциала на внутренней мембране митохондрий внутри клетки или митохондрий совершается механическая работа, сопряженная с химическим синтезом.

На рисунке виден срез митохондрии (рис. 12). Внутри содержится матрикс и выросты (складки) — кристы, на которых и расположена АТФ-синтаза. Зачем нужны складки? Чтобы увеличить площадь поверхности. Количество складок внутри митохондрий зависит от того, насколько интенсивно ей приходится работать, сколько энергии нужно клетке. Митохондрии в клетках печени имеют гораздо меньше крист, чем, например, в клетках сердца.

В хлоропластах происходит точно такой же процесс синтеза АТФ, также работает АТФ-синтаза, как и в митохондриях, но источником протонного потенциала является уловленная энергия света. Там тоже есть складки, они называются тилакоидами. Только в хлоропластах все как бы вывернуто наизнанку. То есть протоны за счет энергии света накапливаются снаружи этих образований.

ДВИГАТЕЛЬ БАКТЕРИЙ

Перейдем к работе следующего молекулярного мотора — жгутика у бактерии.

Известно, что не все, но некоторые бактерии могут двигаться. Для того чтобы двигаться, они вертят хвостом, т. е. жгутиком. Если жгутиков несколько, то во время вращения они сплетаются в единый жгут, и вращаются, двигая бактерию, примерно как лопасти у катера (рис. 13).

Жгутик очень маленький, в световой микроскоп его трудно увидеть. Для того, чтобы проверить, действительно ли жгутик вращается при движении бактерии, бактериальную клетку за жгутик прикрепили к стеклу (рис. 14). В раствор добавили вещество, которое она любит, например, сахар, и она начала вертеться, потому что она явно хотела добраться до сахара, если не добавляли, то она вела себя более спокойно.

Для того, чтобы жгутик вращался, в его основании находится так называемое базальное тело, которое представляет собой электромотор (рис. 15). Его задача заключается в том, чтобы крутить жгутик. На рисунке изображена мембрана бактериальной клетки (желтая), и части мотора статор (синий) и ротор (зеленый). К ротору прикручен жгутик. Пока неизвестно, как именно передается движение, но в этой молекулярной машине есть свои подшипники, своя молекулярная смазка, и есть белок, в котором, также как и в АТФ-синтазе, имеются два протонных полуканала, смещенных друг относительно друга. И принцип вращения такой же: зарядка — перезарядка группы СООН в аминокислотах. Число протонов, которые должны «провалиться» в канал за время одной прокрутки жгутика — порядка тысячи; остальные параметры приведены ниже.

Движущая сила ∙ Электрохимический градиент (протонный Н⁺ или натриевый Na⁺)

Число протонов на оборот ~ 1000

Энергия, освобождаемая на ~ 25∙10^-20 Дж

Максимальная скорость 300 Hz (протоны) 1700 Hz (ионы Na+)

Toraue at stall ~ 4∙10^-18 Nm

Максимальная мощность ~ 10^-15 W

К.П.Д. 50-100 % (stall) ~ 5 %(swimming cell)

Число шагов ротора на оборот ~50

Вот микрофотография жгутика и молекулярного мотора в основании этого жгутика.

В лекции использованы рисунки из Соросовского образовательного журнала^[1].

_{ЛИТЕРАТУРА ПО ТЕМЕ ЛЕКЦИИ:}

_{1. Соросовский образовательный журнал journal.issep.rssi.ru}

_{2. Скулачев В.П. Законы биоэнергетики// СОЖ 1997, № 1, с. 9–14.}

_{3. Скулачев В.П. Электродвигатель бактерий. // СОЖ 1998, № 9, с. 2–7.}

_{4. Виноградов А.Д. Преобразование энергии в митохондриях // СОЖ 1999, № 9, с. 11–19.}

_{5. Тихонов А.Н. Молекулярные преобразователи энергии.// СОЖ. 1997, № 7, с. 10–17.}

_{6. Тихонов А.Н. Молекулярные моторы. Часть 1. Вращающиеся моторы живой клетки // СОЖ. 1999, № 6, с. 8–16}

_{7. В.П.Скулачев Рассказы о биоэнергетике. Серия "Эврика". М. 1982.}

_{Более подробно}

_{1. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Р. и др. Основы биохимии. М.: Мир, 1981.}

_{2. Скулачев В.П. Аккумуляция энергии в клетке. М.: Наука, 1969.}

_{3. Скулачев В. П. Мембранные преобразователи энергии. М.: Высш. шк., 1989.}

_{4. Скулачев В.П. Энергетика биологических мембран. М.: Наука, 1989.}

_{5. Алберте Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. 2-е изд. М.: Мир, 1994. Т. 1.}