Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
С помощью спиновой метки было проведено исследование факультативного термофила из рода Bacillus, штамм Т1 (ВТ1) (Chan et al., 1973). Используя в качестве зонда нитроксид стеариновой кислоты, авторы обнаружили включение этой жирной кислоты в мембранную фракцию. Клетки, выращенные при 55°С, содержали в процентном отношении больше жирных кислот изоряда, чем клетки, выращенные при 37°С, тогда как у последних была выше доля представителей анти-мзо-ряда. Мембраны клеток, выращенных при 37°С, характеризовались высокой скоростью перехода в жидкое состояние при повышении температуры, что согласуется с данными о более высоких температурах плавления жирных кислот «зо-ряда. Исследования с использованием метода электронного парамагнитного резонанса показали, что
мембрана клеток, выращенных при 55°С, представляет собой жесткую структуру, в которой движение молекул затруднено. Возможность того, что главную роль в контроле текучести мембраны играют белки, ие изучалась.
Уиздом и Уэлкер (Wisdom, Welker, 1973) сообщили, что протопласты В. stearothermophilus 1503-4R устойчивы к осмотическому давлению и что эта стабильность поддерживается двухвалентными катионами. Клетки, выращенные при повышенных температурах, давали протопласты с более высокой термоста-билы-юстыо. Для таких клеток была обнаружена корреляция между термостабильиостыо протопластов и низким содержанием липидов в клеточных мембранах, а также между возрастанием содержания мембран в клетке и количеством белка в мембране. Основываясь на исследовании стабильности NADH-дегидро-геназы и щелочной фосфатазы, авторы предположили, что мембрана действует как изолятор, препятствующий переносу тепла из внешней среды и предотвращающий таким образом тепловую-денатурацию растворимых ферментов. Никаких подробностей относительно этого механизма в работе не приводится.
Выяснено, что липидный состав термофилов зависит от температуры выращивания клеток. Однако число достоверных данных о связи таких изменений с общим механизмом термофилии недостаточно, а, поскольку структура бактериальных мембран изучена относительно мало, на основе этих данных трудно сделать выводы о существовании каких-либо специфических корреляций между указанными параметрами. В качестве подхода к решению этой проблемы была сделана попытка (Esser, Souza,
1974) установить связь между тепловой гибелью клеток и текучестью мембраны у В. stearothermophilus. Опыты со спиновой меткой показали, что динамика липидной фазы не изменяется при различных температурах выращивания клеток. Эти результаты означают, что сохранение физического состояния липидов в мембране В. stearothermophilus при изменении температуры обусловлено изменениями ее липидного состава. Авторы отметили, что их данные ие полностью согласуются с представлениями о том, что клетки, выращенные при повышенных температурах,, имеют более жесткие мембраны, чем клетки, выращенные при-низких температурах (Chan et al., 1973), так как они обнаружили, что жесткость мембраны выявляется только тогда, когда сравнение проводится при температурах .ниже температур выращивания клеток, при которых заметных различий в жесткости мембран ие наблюдается. Авторы сделали следующие предположения: 1) для функционирования цитоплазматической мембраны В. stearothermophilus, по-видимому, необходимо латеральное разделение липидных фаз; 2) температурный предел роста термофила определяется граничными условиями фазовой диаграм-
мы для общей смеси липидов мембраны; эти условия зависят от температур плавления индивидуальных липидов; 3) можно предсказать Гт1п, ТтйХ и температурные границы для разделения .липидных фаз, но не ropt, которая, по-видимому, зависит от «внутренней» термостабильности других клеточных макромолекул, т. е. термостабильности, обусловленной особенностями их •структуры.
• Большой интересе механистической точки зрения представляет термофильный ацидофил Thermoplasma acidophilum. Этот сходный с микоплазмами организм, лишенный клеточной стенки, сам по себе, очевидно, не является подходящим объектом для изучения термофилии, однако его весьма устойчивая и жесткая мембрана обнаруживает некоторые необычные свойства. Термофилия этого организма, растущего при температуре 59°С, возможно, связана с наличием длинных изопреновых цепей липидов, а его ацидофилия (он растет при pH 2) объясняется, вероятно, присутствием липидов с простой эфирной связью, а также резким уменьшением числа заряженных групп в мембранных белках (Smith et al., 1973). При исследовании мембраны, выделенной из Т. acidophilum (Ruwart, Haug, 1974), было найдено, что большая часть содержащихся в ней нейтральных липидов этерифициро-вана жирными кислотами, а основная масса глико- и фосфолипидов состоит из длинных цепей с простыми эфирными связями. Аминокислотный состав мембранного белка характеризуется -относительно низким уровнем заряженных аминокислот и довольно высоким содержанием остатков цистеина, что говорит о гидрофобности этого белка. Был сделан вывод, что солюбилизация мембраны Т. acidophilum при повышении pH, по-видимо-му, обусловлена распределением в ней зарядов аминокислот. Если pH выше 4, карбоксильные группы ионизируются, вызывая отталкивание зарядов и дестабилизацию мембраны, сопровождающуюся ее растворением. У Т. acidophilum эти эффекты менее выражены, чем у мезофильной Mycoplasma, так как по сравнению с ней Т. acidophilum содержит в два раза меньше карбоксильных и амидных групп, а мембрана этого организма имеет меньше карбоксильных и амидных групп, чем все его клеточные компоненты в целом. Авторы делают некоторые предположения •относительно способности данного организма функционировать в качестве ацидофила и термофила, у которого верхний температурный предел роста соответствует 70°С. Высокое содержание кислых аминокислот, вероятно, является обязательным условием для его роста в термофильных условиях, тогда как для его существования в качестве ацидофила необходимо минимальное количество ионизирующихся групп. Поскольку известно, что гидрофобные взаимодействия проявляют максимальную стабильность при температуре около 60°С, авторы считают, что 60°С и
