Quot;неомическая" утечка протонов

Как показали Боверис и Чанс, образование Н₂O₂ митохондриями клеток животных в условиях in vitro, вполне заметное при дефиците АДФ, становится практически неизмеримым при добавлении АДФ. Поскольку сравнительно небольшое снижение Δμ_H⁺, вызываемое аденозиндифосфатом, оказывается достаточным, чтобы прекратилось накопление Н₂О₂, можно принять, что такой эффект будет достигаться при сравнительно небольшом увеличении утечки ионов Н⁺, не сопряженной с синтезом АТФ.

Заманчиво предположить, что митохондрии располагают специальным механизмом увеличения утечки в состоянии покоя. Этот механизм мог бы предотвратить полное торможение дыхания, сильное восстановление дыхательных ферментов и коферментов и накопление CoQ^•-. Он должен включаться, когда АДФ исчерпывается, и выключаться, когда АДФ появляется вновь. В отличие от сужения капилляров, механизм утечки должен действовать на внутриклеточном, а не надклеточном уровне. Механизм такого рода может иметь отношение к явлению "неомичности" сопротивления митохондриальной мембраны. Суть его состоит в том, что при высоких Δμ_H⁺ сопротивление резко снижается, перестав подчиняться закону Ома. Это происходит за счет роста протонной проводимости мембраны. Пороговое значение Δμ_H⁺, выше которого включается "неомичность", лежит над тем уровнем Δμ_H⁺, который поддерживается в условиях синтеза АТФ. Есть данные, что "неомичность" стимулируется тиреоидными гормонами и подавляется мужскими половыми гормонами и прогестероном. "Неомичность" мембраны позволяет поддерживать низкую концентрацию О₂ независимо от доступности АДФ и без торможения синтеза АТФ. И, что, вероятно, еще важнее, она предотвращает накопление CoQ^•-, образуемого дыхательными ферментами, которые, во-первых, ответственны за генерацию большей части Q^•- в клетке и, во-вторых, локализованы во внутренней мембране митохондрий, то есть вблизи митохондриальной ДНК, находящейся в митохондриальном матриксе (рис. 3).

По-видимому, именно митохондриальная ДНК служит наиболее уязвимой мишенью для активных производных кислорода. Существует множество свидетельств, что окислительное повреждение митохондриальной ДНК играет ключевую роль в целом ряде "митохондриальных болезней", а также в процессах старения. Что касается ядерной ДНК, она находится слишком далеко от мест образования активных производных кислорода, которые, вероятно, успевают инактивироваться еще на пути к ядру.

Эффекты такого рода могли бы объяснить недавнее наблюдение на мутанте дрожжей, дефицитном по супероксиддисмутазе. Рост этого мутанта резко тормозился при повышении концентрации кислорода. Неблагоприятный эффект О₂ удалось снять путем введения еще одной мутации (Rho⁰), приводящей к отсутствию ферментов дыхания. Описаны благоприятные эффекты увеличения супероксиддисмутазы при нормальном уровне О₂. Например, одновременная повышенная экспрессия супероксиддисмутазы и каталазы увеличивает продолжительность жизни дрозофил.