е смог соединить все эти соображения в цельный механизм работы мышцы, но, может быть, кому-то из читателей удастся это сделать?

Хотя АТР служит непосредственным источником энергии работающей мышцы, его концентрация составляет лишь около 5 мМ. Однако в мышце, кроме того, содержится фосфаген, N-фосфатное производное гуанидинового соединения. В мышцах млекопитающих фосфагеном является креатинфосфат. У беспозвоночных такую роль играет аргининфосфат или родственные соединения.

СОО+

I

СН, NH;

Н3С N—Р—ОI И Н О

Креатинфосфат

Потенциал переноса групп для креатинфосфата равен —43,1 кДж-моль-1. Вследствие этого перенос с образованием АТР происходит самопроизвольно, со значением AG' = = —8,6 кДЖ'МОль-1. Креатинфосфат находится в мышце в концентрации 20 мМ, играя роль резервуара высокоэнергетических фосфорильных групп и поддерживая в адениловой системе мышцы высокий уровень «энергетического заряда» (биосинтез креатина описан в гл. 14, разд. В,3).

* Топотига Y., Oosawa F„ Annu. Rev. Biophysics Bioeng., 1, 159—190 (1972).

« Taylor E. W„ Annu. Rev. Biochem., 41, 577—616 (1972).

истреча кмишрида с элсм^инами и синтез л if 4t*f

» Рисунок заимствован из статьи Mannherz И. G., Leigh J. В., Holmes К. С, Rosenbaum G., Nature (London), New Biol., 241, 226—229 (1973).

r Harrington W. F., PNAS, 68, 685—689 (1971).

д Burke M., Himmetfarb S., Harrington W. F., Biochemistry, 12, 701—710 (1973).

e Steinberg I. Z., Oplatka A., Katchalsky A.t Nature (London), 210, 568— 571 (1966).

* Laki K., J. Theor. Biol., 44, 117—130 (1974).

3 Ashley R., J. Theor. Biol., 36, 339—354 (1972).

и McClare C. W. F., J. Theor. Biol., 35, 569—595 (1972).

* Davydov A. S.t J. Theor. Biol., 38, 559—569 (1973).

е. Теории, основанные на протонном градиенте

Принимая во внимание отрицательный итог всех попыток найти вы-сокоэнергетнческие промежуточные соединения, а также очевидную необходимость интактной мембраны, Митчелл в 1961 г. предложил химио-осмотическую теорию окислительного фосфорилирования [97, 98]. В этой теории также принимается в расчет наличие энергозависимых процессов, таких, как накопление митохондриями катионов. Принципиальные положения теории Митчелла проиллюстрированы на рис. 10-12. Предполагается, что во внутренней мембране митохондрии имеется протонный насос, приводимый в действие потоком электронов: этот насос выкачивает протоны из матрикса через мембрану. Идея о выкачивании протонов путем переноса электронов сама по себе не нова; еще ранее высказывалось предположение, что этот механизм лежит в основе накопления в желудке соляной кислоты. Как указано на рис. 10-12, окисленный переносчик В при восстановлении в форму ВНз приобретает два протона. Этн протоны не обязательно должны поступать от восстановленного переносчика АН2, и Митчелл предположил, что они захватываются из раствора на внутренней стороне мембраны, т. е. со стороны матрнкса. Затем, когда ВНг вновь окисляется под действием переносчика С, протоны освобождаются, но уже с наружной стороны мембраны. Мнтчелл привел данные, свидетельствующие о наличии требуемой стехиометрии процесса: на каждые два протона, прошедшие через мембрану, синтезируется одна молекула АТР. Отсюда следует, что в цепь переноса электронов должно быть встроено трн разных протонных насоса, соответствующих трем участкам фосфорилирования.

Постулированные протонные насосы должны приводить либо к накоплению значительного избытка протонов в межмембранном пространстве с вытекающим отсюда понижением рН, либо к накоплению протонов на самой мембране. Второй вариант должен соответствовать случаю, когда через мембрану вместе с протонами не проходят протн-воионы Х~. В результате генерируется мембранный потенциал—явление, надежно установленное для мембран нервных клеток (гл. 5, разд. Б,3).

Согласно главному постулату химио-осмотической теории, в мембране имеется ориентированная АТРаза илн АТР-синтетаза, которая использует свободную энергию протонного градиента для синтеза АТР (рис. 10-12). Учитывая, что АС (рН 7) для синтеза АТР составляет + 34,5 кДж-моль-1, и полагая, что для образования одной молекулы АТР требуется прохождение через АТРазу двух протонов, можно подг считать, что необходимый градиент рН [уравнение (3-25)]^ будет ра*-вен 34,5/(2-5,708) =3,0 ед. рН при 25 °С. Однако при степени фосфорилирования ~10* М-1 градиент должен составить ~5 ед. Экспериментальным путем было показано, что прохождение электронов действительно индуцирует разницу в рН и что искусственно индуцированный градиент рН (на разных сторонах митохондриальной мембраны) приводит к синтезу АТР. Однако требуемого порядка величин в градиентах рН не наблюдалось. Вместе с тем, если мембрана заряжена так, как указано на рис. 10-12, без накопления избытка протонов в среде, то на мембране возникает потенциал, который может быть использован для синтеза АТР так же, как и протонный градиент. Градиенту рН в 3,0 ед. при 25 °С будет эквивалентен мембранный потенциал Дг|5 — 0,177 В [уравнение (3-63)]. Изменение свободной энерги