научная статья по теме СВОЙСТВА ДИКАРБОКСИЛАТНОГО ТРАНСПОРТЕРА ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ ДРОЖЖЕЙ SACCHAROMYCES CEREVISIAE Химия

Текст научной статьи на тему «СВОЙСТВА ДИКАРБОКСИЛАТНОГО ТРАНСПОРТЕРА ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ ДРОЖЖЕЙ SACCHAROMYCES CEREVISIAE»

БИОХИМИЯ, 2006, том 71, вып. 10, с. 1430 - 1440

УДК 577.152.1

СВОЙСТВА ДИКАРБОКСИЛАТНОГО ТРАНСПОРТЕРА ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ ДРОЖЖЕЙ Saccharomyces cerevisiae*

© 2006 г. Д.А. Аливердиева1**, Д.В. Мамаев2,

Д.И. Бондаренко2, |К.Ф. Шольц

1 Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН, 367025 Махачкала, ул. М. Гаджиева, 45, Россия, электронная почта: dinara0195@mail.ru

2 Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН, 119071 Москва, Ленинский проспект, 33

Поступила в редакцию 11.05.06 После доработки 23.06.06

2

Транспорт сукцината в клетки Saccharomyces cerevisiae измеряли с помощью эндогенной сопряженной сук-цинатоксидазной системы митохондрий клеток. Зависимость скорости окисления сукцината от концентрации субстрата имела вид кривой с насыщением. При нейтральных значениях рН величина Км митохондри-альной «сукцинатоксидазы» в пять раз меньше величины Км «сукцинатоксидазы» клеток. Не проникающий через плазматическую мембрану О-пальмитоил-Ь-малат полностью подавлял дыхание клеток на сукцина-те, но не на глюкозе или пирувате. Линейный характер ингибирования в координатах Диксона свидетельствует о том, что транспорт сукцината через плазмалемму лимитирует скорость его окисления. О-Пальми-тоил-Ь-малат, как и Ь-малат, были конкурентными ингибиторами (соответственно К = 6,6 ± 1,3 мкМ и 17,5 ± 1,1 мМ). Скорость транспорта сукцината конкурентно ингибировало и производное малоната — 2-ундецилмалонат (К = 35,6 ± 4,4 мкМ), но не фосфат. Транспорт сукцината через плазматическую мембрану ^ cerevisiae не сопряжен с транспортом протонов, но требует присутствия ионов натрия в среде. Установлено, что в плазматической мембране ^ cerevisiae присутствует переносчик, катализирующий транспорт дикарбоксилатов (сукцината и, скорее всего, Ь-малата и малоната).

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: сукцинат, Ь-малат, малонат, О-пальмитоил-Ь-малат, конкурентное ингибирование, дикарбоксилатный транспортер плазматической мембраны Saccharomyces cerevisiae, протонофоры БССР и 8Ь, симпорт с натрием.

До настоящей работы было принято считать, что в плазматической мембране & cerevisiae отсутствует опосредованная белком система транспорта С4-дикарбоксилатов [1—4]. При рН 3,0 был продемонстрирован только транспорт Ь-малата, опосредованный диффузией его протонирован-ной (незаряженной) формы [3]. Опираясь на это представление, французские исследователи [4] экспрессировали в клетках дрожжей £ cerevisiae ген МАЕ1, кодирующий дикарбоксилатный переносчик Schizosaccharomyces pombe [5], и показали увеличение скорости транспорта экзогенного ма-лата, чувствительное к действию протонофора [4]. Ранее нами было показано, что после продолжительной преинкубации клеток штамма & cere-\isiae У-503 при 0° при рН 5,5 (в этих условиях ма-

* Первоначально английский вариант рукописи был опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow), Papers in Press, BM 06-133, 10.09.2006.

** Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.

ловероятна или даже исключена диффузия ди-карбоксилата в недиссоциированной форме), сукцинат вызывал значительную стимуляцию дыхания, чувствительную к действию малоната, ингибитора сукцинатдегидрогеназы митохондрий [6]. Было высказано предположение о том, в плазмалемме & cerevisiae может присутствовать дикарбоксилатный переносчик.

Ранее нами было установлено, что высшие алифатические производные С4-дикарбоксила-тов являются эффективными ингибиторами ди-карбоксилатного транспортера митохондрий печени [7], а О-пальмитоил-Ь-малат не проникает через плазматическую мембрану £ cerevisiae при рН 5,5 [8]. В этих условиях можно ожидать его воздействия на белки только этой мембраны. Исследования на интактных клетках имеют определенные преимущества, поскольку позволяют избежать возможных изменений свойств дикарбоксилатного транспортера, связанных с его реконструкцией в липосомы, как это было

показано для трикарбоксилатного [9] и адени-латного [10] переносчиков митохондрий. Использование эндогенной системы окисления сукцината митохондриями в качестве сопряженной системы для измерения скорости входа субстрата в клетку позволяет избежать применения радиоактивно меченных субстратов. Отмечалось, что их использование в интактных клетках может приводить к артефактам, связанным с адсорбцией субстрата на поверхности клетки и с его удерживанием в периплазме [11], а также с метаболическими превращениями меченого субстрата, что значительно затрудняет анализ [12].

Изученные к настоящему времени дикарбок-силатные переносчики плазматической мембраны дрожжей, в частности, Sohizosaccharomyces pombe [13], Candida utilis [14], Kluyveromyces marxianus [15], Pachysolen tannophilus [16] осуществляют транспорт субстрата в симпорте с протоном. Как правило, транспортеры способны переносить кроме L-малата и сукцината другие дикарбокси-латы, например, переносчик Sch. pombe [5] — окса-лоацетат, малонат и малеат, K. marxianus [15] — D-малат, фумарат и оксалоацетат. Натрийзависи-мые симпортеры дикарбоксилатов в плазмалем-ме высших эукариот описаны [17, 18, 19], а в дрожжах неизвестны. В плазматической мембране S. cerevisiae существует Na+/H+ антипортер и №+-зависимый симпортер ионов фосфата [20, 21], что предполагает возможность создания при определенных условиях (щелочные значения рН, присутствие NaCl в среде) градиента Na+ на этой мембране. Для гипотетического дикарбоксилат-ного переносчика S. cerevisiae субстратная специфичность и механизм транспорта не изучены.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использовали штамм S. cerevisiae Y-503 (коллекция Государственного научно-исследовательского института генетики и селекции промышленных микроорганизмов (ГосНИИГенетика, Россия), полученный в Прикаспийском институте биологических ресурсов ДНЦ РАН [22]. Принадлежность штамма к таксону S. cerevisiae была показана с помощью метода с использованием UP-PCR (universal primer-polimerase chain reaction) в группе С. Булата (Лаборатория генетики эукариот, Отделение молекулярной и радиационной биофизики Петербургского института ядерной физики РАН). В ряде специально оговоренных случаев использовали штамм S. cerevisiae S288c, полученный от др. Малле (L. Mallet) (Институт генетики и микробиологии Парижского университета). Выращивание дрожжей, (в течение 10 ч) в условиях, способствующих проли-

ферации митохондрий, предварительную обработку клеток и измерение дыхания проводили как описано нами ранее [6]. Надо отметить подготовку суспензии отмытых дрожжей к опытам по измерению дыхания. Проводили аэробную преинкубацию при 0° (магнитик, полупогруженный в суспензию, при перемешивании активно аэрировал ее). Часть опытов проведена на клетках, выращенных в синтетической среде на основе YNB (yeast nitrogen base), это особо оговорено в подписи к рисункам. Митохондрии выделяли по модифицированной методике [23], так для получения сферопластов использовали ли-тиказу («Sigma», США), осаждение митохондрий проводили при 5000 g в течение 20 мин. Белок митохондрий определяли по модифицированной методике Брэдфорд [24]. Дыхание клеток измеряли при 30° в 50 мМ калий-фосфатном буфере (pH 5,5 или 6,5) и, в определенных случаях, в натрий-фосфатном буфере (pH 5,5). Дыхание митохондрий измеряли в среде, содержащей 0,6 М маннит, 1 мМ ЭДТА-Na, 10 мМ KH2PO4, 10 мМ MES, pH 6,5. Уровень кислорода определяли амперометрически [6, 25] в стационарных условиях. Все активности (в том числе транспортеров разных субстратов), измеренные с помощью «оксидазных» сопряженных систем, приведены в нмоль 02/мин.

Влияние эффекторов на окисление пирувата исследовали в условиях, когда скорость лимитировал переносчик плазматической мембраны (после 2—6 ч аэробной преинкубации клеток при 0°, при концентрации субстрата: 5—24 мМ). Активность «пируватоксидазы» составляла 162,2 ± 8,1 нмоль/мин/мг сухого веса, а величина KM — 7,62 ± 2,5 мМ (среднее значение из пяти независимых измерений). Это значение сходно с величиной KM по пирувату монокарбоксилат-ного Н+-симпортера плазматической мембраны S. cerevisiae (5,8—4,1 мМ) [26], но существенно отличается от KM монокарбоксилатного переносчика в митохондриях S. cerevisiae (0,8 мМ) [27].

Эксперименты потребовали от нас использования реактивов, свободных даже от небольших примесей ацетата, поскольку, как мы показали, его сродство к «ацетатоксидазе» клеток было высоким (KM = 35 ± 15 мкМ).

Поскольку наблюдаемые параметры инги-бирования (I50) O-пальмитоил-Ь-малата зависели от концентрации митохондрий или клеток (B), истинную величину I50 определяли путем экстраполяции к нулевой концентрации орга-нелл в координатах I50 (B), как было предложено Гарвеем [28]. Линейный характер зависимости служил основанием для применимости метода [7].

В работе использовали L-яблочную кислоту («Sigma»), D(+)-глюкозу моногидрат («Merk»,

Германия), маннит («Merk»), БСА («Calbiochem», США), Tris («Serva», Германия), MES («Serva»), дрожжевой экстракт и среду YNB («Difco Laboratories», США), протонофоры SF-4867 (3,5-ди-трет-бутил-4-оксибензилиденмалоно-нитрил («Sumitomo Chem. Co.», Япония)) и FCCP (carbonyl cyanide 4-trifluoromethoxy)phe-nylhydrasone («Aldrich», США)), 2-теноилтри-фторацетон и NaOH («Fluka», Швейцария), ли-тиказу («Sigma») и отечественные препараты: KH2PO4 и KOH квалификации о.с.ч. Янтарную и малеиновую кислоты, ЭДТА, пируват и сукци-нат натрия перекристаллизовывали. Препараты O-пальмитоил-L-малата и 2-ундецилмалоната синтезировали в нашей лаборатории [7]. Нерастворимые в воде реактивы растворяли в диме-тилсульфоксиде.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Первым этапом наших исследований был подбор условий для измерения транспорта дикарбо-новых кислот (сукцината и малата) через плаз-

мал емму дрожжевой клетки, когда диффузия протонированной, т.е. незаряженной формы ди-карбоксилатов практически отсутствует (значения pH 5,5 и выше). Ранее нами было показано, что клетки S. cerevisiae, выращенные при низкой концентрации глюкозы, т.е. в отсутствии глю-козной репрессии [29], обладали существенным «эндогенным дыханием». Оно стабилизировалось примерно через 15 мин инкубации при 30° [6]. Это дыхание не было чувствительно к мало-нату и теноилтрифторацетону — специф

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком