является следствием мутации, которая так изменяет фермент, превращающий эпоксид обратно в филлохинон, что он теряет чувствительность к ингибирую-щему действию варфаринад.

Хотя в механизме участия витамина К в карбоксилирова-нии остатков глутамата еще много неясного, какие-то ключи к разгадке этого механизма удалось получить*3. По-видимому, необходима гидрохинонная форма витамина, а также 02. Тот же препарат микросом, который катализирует карбокси-лирование, вызывает также и образование филлохинон-2,3-эпоксида, а варфарин ингибирует карбоксилирование. Это указывает на наличие механизма, аналогичного механизму действия гидроксилаз, в ходе которого происходит образование и восстановление эпоксида витамина К- Возможно, что при образовании эпоксида нз гидрохинона (вероятно, с промежуточным образованием перекиси) второй атом кислорода молекулы О2 освобождается как ОН" вблизи от у-метилено-вой группы остатка глутаминовой кислоты, которая подвергается карбоксилированию. Этот гидроксил-ион может оттягивать на себя протон метиленовой группы, облегчая ее карбоксилирование такими реагентами, как карбонилфосфат (гл. 8, разд. В).

Насчет каких-либо других функций витамина К в организме человека, ничего неизвестно. Нафтохиноновое кольцо может служить окислителем, в, системе переноса электронов

* Wasserman R. Н„ Taylor А. N.. Annu. Rev. Biochem,, 41, 179—202 (1972).

6 Olson R. E., Science, 145, 926—928 (1964).

* Stenflo J., JBC, 251, 355—363 (1976).

r Howard J. В., Nelsestuen G. L„ PNAS, 72, 1281—1285 (1975).

* Bell R. G., Caldwell P. Т., Biochemistry, 12, 1759—1762 (1973).

e Sadowski J. A., Esmon С. Т., Suttie J. W.t JBC, 251, 2770—2776 (1976). ж Newton N. A., Cox G. В., Gibson F., В В A, 244, 155—166 (1971).

Д. Цепь переноса электронов и окислительное фосфорилирование

Один из центральных вопросов современной биохимии заключается в том, каким образом поток электронов по цепи переносчиков приводит к образованию АТР. Вопрос этот очень важен, так как большая часть АТР, образующегося в аэробных и некоторых анаэробных организмах, генерируется именно в процессе окислительного фосфорилирования. Более того, энергия, улавливаемая в процессе фотосинтеза, идет на образование АТР с помощью очень сходного процесса. Механизм генерирования АТР может быть тесно связан с функционированием мембран при транспорте ионов. Вполне возможно, что механизм окислительного фосфорилирования в известном смысле является обратным механизму использования энергии АТР для мышечного сокращения.

На протяжении 40-х годов, когда стало ясно, что образование АТР из ADP и неорганического фосфата сопряжено с переносом электронов в митохондриях, биохимики стали предпринимать первые попытки «разобрать» систему на части, чтобы разобраться в молекулярных механизмах. Однако природа иногда яростно сопротивляется попыткам выведать ее тайны, и сегодняшнее положение вещей удачно подытожил Эф-раим Рэкер: «Всякий, кто не запутался в проблеме окислительного •фосфорилирования, просто не понял ситуации [58]». Эта путаница вовсе не связана с недостаточной затратой сил или с недостатком воображения. Относительно механизма окислительного фосфорилирования было опубликовано множество различных соображений, но полного убедительного объяснения никто дать не смог. Более того, неудачи с попытками объяснить окислительное фосфорилирование, оперируя обычными химическими понятиями, привели к выдвижению не вполне четких гипотез, получивших причудливые наименования. В противовес тому, что окрестили «химической гипотезой», были выдвинуты «химио-осмотиче* екая гипотеза» и «гипотеза механохимического сопряжения». Под «химической гипотезой» здесь подразумевается образование дискретных, но

не идентифицированных пока промежуточных «высокоэнергетических» химических соединений.

У бактерий перенос электронов и окислительное фосфорилирование локализованы, вероятно, в цнтоплазматических мембранах. У эукарио-тических клеток эти процессы идут главным образом в митохондриях. Поэтому мы начнем с более внимательного рассмотрения митохондрий— «энергетических станций клетки».

1. Архитектура митохондрии [59—61]

Типичная митохондрия имеет почти такие же размеры, как клетка Е. coliy но вообще форма и размеры этих органелл могут быть весьма различны. Во всех случаях митохондрия образована двумя замкнутыми мембранами (наружной и внутренней) каждая толщиной ~ 5—7 нм (рис. 10-9). В печени внутренняя мембрана развита слабо и основная* часть пространства заполнена матриксом, а в митохондриях сердечной мышцы внутренняя мембрана имеет значительно больше складок и скорость окислительного фосфорилирования там выше. Ферменты, катализирующие реакции цикла трикарбоновых кислот, тоже более активны в митохондриях сердечной мышцы. Более того, ввиду высокой метаболической активности сердечной мышцы почти треть ее общей массы приходится на долю митохондрий. Типичная митохондрия сердечной мышцы имеет объем 0,55 мк3; на каждый кубический микрон объема митохондрии приходится 89 мк2 поверхности внутрен