ИСТИНА

Протонофоры - это химические соединения, способные осуществлять циклический транспорт ионов водорода через искусственные и природные мембраны. Они содержат группу, способную диссоциировать или присоединять протон при физиологических рН. Вторым условием функционирования протонофора является высокая проницаемость через мембрану как протонированной, так и депротонированной форм соединения. В случае проницаемости только протонированной формы, как это имеет место для жирных кислот, истинного протонофорного действия не наблюдается, хотя такие соединения также могут участвовать в регуляции рН с одной или обеих сторон мембраны. Протонофоры являются разобщителями окислительного фосфорилирования в митохондриях, бактериях и фотофосфорилирования в хлоропластах и фотосинтезирующих бактериях [1,2]. Разобщители могли бы служить естественными средствами от ожирения, если бы не проявляемые ими побочные эффекты. В свое время 2,4-динитрофенол (ДНФ) широко применялся в таком качестве, пока не был запрещен в 1938 году из-за нескольких летальных случаев. Усниновая кислота, которая является вторичным метаболитом лишайников рода Usnea, широко используется в качестве биодобавки. Было показано, что она разобщает митохондрии в субмикромолярных концентрациях и осуществляет перенос протонов на липидных мембранах. Однако механизм ее действия явно более сложен, чем у других протонофоров, поскольку она способна к обмену двухвалентных катионов на ионы водорода. Это в частности выражается в установлении аномальных диффузионных потенциалов при создании градиентов ионов на БЛМ, и в случае градиента рН потенциал имеет обратный знак по сравнению с уравнением Нернста [3]. В литературе есть целый ряд работ, свидетельствующих о том, что простое представление о действии разобщителей на митохондрии как протонофоров является сильным упрощением. Так [4], было показано, что СССР и другие разобщители имеют на митохондриях сайты очень высокого сродства, расположенные, в частности, на АТФ-азе [5]. Кроме того, было показано, что разобщающее действие ДНФ на митохондриях частично снимается специфическим ингибитором АДФ-АТФ-антипортера карбоксиатрактилазидом (Катр) [6]. Недавно вышла работа Bertholet и соавторов, где измеряли ток через отдельный митопласт, который был прикреплен к стеклянной микропипетке [7]. Было показано, что добавление 50 мкМ ДНФ приводило к существенному увеличению тока. При этом, если измерять ток через кусочек плазматической мембраны, то 50 мкМ ДНФ ток не вызывали. В то же время, высокие концентрации ДНФ, 500 мкМ и 1 мМ все же достоверно увеличивали ток через плазматическую мембрану. В этой же работе Bertholet et al. было показано, что помимо действия на ток, индуцированный ДНФ, Катр способен ингибировать ток через мембрану митохондрий, индуцированный такими сильными разобщителями как FCCP и SF6847 [7]. Ранее считалось, что такие сильные разобщители не чувствительны к действию Катр [8]. Причиной таких противоречивых результатов может быть различная степень экспрессии белка транслокатора адениновых нуклеотидов в митохондриях разных тканей. Действительно, ранее было показана тканеспецифичность действия Катр для случая жирных кислот [9] и ДНФ [10]. В своей работе мы провели сравнение действия Катр на широкой выборке разобщителей различной структуры для митохондрий печени и сердца. Действие всех анионных разобщителей подавлялось в присутствии Катр в митохондриях сердца, тогда как в случае митохондрий печени действие некоторых из использованных разобщителей почти не зависело от присутствия Катр. Таким образом, полученные данные говорят о малой специфичности сайта связывания анионных разобщителей на белке транслокаторе адениновых нуклеотидов. Протонофоры используются в фармакологии как антигельминтные препараты. Речь идет о салициланилидах, таких как никлозамид. Их механизм действия на гельминты определен именно как разобщение окислительного фосфорилирования в клетках червей. При этом они проявляют лишь слабое действие на организм человека в силу плохой всасываемости данных препаратов из желудочно-кишечного тракта. Было давно установлено, что многие протонофоры обладают и противомикробным действием. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант РНФ 21-14-00062). Литература 1. McLaughlin, S.; Dilger, J.P. Transport of protons across membranes by weak acids // Physiol. Rev. 1980. vol. 60, p. 825-863. 2. Котова, Е.А., Антоненко, Ю.Н. 50 лет изучения протонофоров: разобщение митохондрий как основа терапевтического действия. Acta Naturae. 2022. Т. 14. C. 4-13. 3. Rokitskaya, T.I.; Kotova, E.A.; Antonenko, Y.N. Anomalous potentials on bilayer lipid membranes in the presence of usnic acid: Markin-Sokolov versus Nernst-Donnan equilibrium // Bioelectrochemistry. 2021. doi: 10.1016/j.bioelechem.2021.107825. 4. Katre, N.V.; Wilson, D.F. Interaction of uncouplers with the mitochondrial membrane: identification of the high affinity binding site // Arch. Biochem.Biophys.1978. vol. 191, p. 647-656. 5. Hatefi, Y. Energy conservation and uncoupling in mitochondria // J.Subpamol.Struct. 1978. vol. 3, p. 201-213. 6. Andreyev, A.Y.; Bondareva, T.O.; Dedukhova, V.I.; Mokhova, E.N.; Skulachev, V.P.; Volkov, N.I. Carboxyatractylate inhibits the uncoupling effect of free fatty acids // FEBS Letters. 1988. vol. 226, p. 265-269. 7. Bertholet, A.M. et al. Mitochondrial uncouplers induce proton leak by activating AAC and UCP1 // Nature. 2021. vol. 606, p.180-187. 8. Starkov, A.A. et al. 6-Ketocholestanol is a recoupler for mitochondria, chromatophores and cytochrome oxidase proteoliposomes // Biochim.Biophys.Acta. 1997. vol. 1318, p. 159-172. 9. Schonfeld, P. Does the function of adenine nucleotide translocase in fatty acid uncoupling depend on the type of mitochondria? // FEBS Letters. 1990. vol. 264, p. 246-248. 10. Zuna, K. et al. Mitochondrial Uncoupling Proteins (UCP1-UCP3) and Adenine Nucleotide Translocase (ANT1) Enhance the Protonophoric Action of 2,4-Dinitrophenol in Mitochondria and Planar Bilayer Membranes // Biomolecules. 2021. vol. 11, p. 1178.