Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
1975) содержит 12 эквивалентов цистеина, тогда как в фосфо-фруктокиназе из Т. aquctticus дистеин полностью отсутствует (Hengartner et al., 1976), а в аналогичных ферментах из В. siea-rothermophilus (Hengartner et al., 1976) и С. pasteurianum (Case, StelKvagen, 1975) присутствуют 8 и 17 эквивалентов цистеина соответственно. Хотя сульфгидрильные группы, расположенные на поверхности ферментов, вероятно, более подвержены окислению, внутриклеточная среда, обладающая восстановительной способностью, должна сводить окислительные процессы к минимуму. Возможно, содержание цистеина более тесно связано с инактивацией ферментов, а не со структурной устойчивостью белков к денатурации. Соображения, касающиеся содержания сульфгидрильных групп, могут иметь более существенное значение для внеклеточных ферментов, таких как а-амилазы и термо-лизии, которые не содержат ни цистеина, ни дистина, а также для изучения in vitro очищенных ферментов. Формилтетрагидро-фолат-синтетаза из С. ihermoaceticum содержит 24 остатка цис-теииа н обнаруживает относительно низкую термостабильность (табл. 6.1).
и. Цистин, кальций и термостабильность. Как было отмечено при пзучеиии амилазы из В. subiilis (Hsiu ct al., 1964), цистин, стабилизирующий внеклеточные ферменты млекопитающих, отсутствует в бактериальных ферментах. В связи с этим авторы предположили, что ион металла образует в белках внутримолекулярные поперечные связи, аналогичные по функции дисульфид-ным мостикам. То, что бактериальные внеклеточные гидролазы лишены цистина, получило подтверждение и может быть объяснено отсутствием у прокариот четко оформленной системы орга-нелл, подобной аппарату Гольджи и секреторным гранулам, присутствующим в клетках эукариот. Хотя ионы кальция могут стабилизировать эти ферменты не только у термофильных, но и у мезофильных организмов, они, по-видимому, абсолютно необходимы для термостабильности а-амилазы из В. siearothermophilus (Yutani, 1976) и В. caldolyticus (Heinen, Lauwers, 1976). Так или иначе, в случае термолизииа образование дополнительных центров связывания кальция, очевидно, имеет отношение к повышенной термостабильности этого белка (см. разд. 6,IV,В).
к. Кислые аминокислотные остатки и термостабильность. Ферменты термофилов, сходные по содержанию основных аминокислот с ферментами мезофилов (Singleton, 1976), но имеющие более низкие изоэлектрические точки (табл. 6.1), по-видимому, отличаются от них большим числом кислых аминокислотных остатков. К сожалению, при сравнении аминокислотного состава белков термофильных и нетермофильиых организмов
из-за недостатка сведений пришлось использовать суммарные количества глутамин-l-глутаминовая кислота и аспарагин + аспарагиновая кислота (Singleton, 1976). Карбоксильная группа в отличие от такой группы, обладающей основными свойствами, как аминогруппа, в значительной степени способствует увеличению термостабильности белков, поскольку температура мало влияет на рЛа этой группы, а полярность среды, наоборот, оказывает на нее заметное действие. Данные относительно перехода спираль — клубок, полученные для полиглутаминовой кислоты, в смеси диоксана и воды, позволяют предположить, что р/Са карбоксильных групп смещаются к 6,5; 7,2 и 8,1 при концентрациях диоксана в смеси, равных соответственно 10, 30 и 50% (Iizuka, Yang, 1965). Это согласуется с тем фактом, что при титровании кислые группы белков часто ведут себя аномально, так как они находятся, вероятно, внутри белковой молекулы. Следовательно, возрастание количества карбоксильных групп могло бы способствовать термостабплыюсти белков путем: 1) протоиирования карбоксильных групп, каждая из которых имела бы возможность образовать две водородные связи с еще одной карбоксильной группой или другими группами; 2) иои-дипольного взаимодействия карбоксильной группы с фенольным гидроксилом тирозина; 3) образования ионных связей или 4) образования связи, например, с ионом кальция, подобно тому что имеет место в термолизине. За исключением вопроса об участии кислых аминокислотных остатков в формировании центров связывания кальция в термолизине, другие аспекты их возможного вклада в термостабильность белков нуждаются в дальнейших исследованиях.
В заключение отметим, что физико-химические свойства белков термофильных организмов свидетельствуют об отсутствии каких-либо специфических или общих особенностей их структуры, которые могли бы объяснить повышенную термостабильность этих белков. Таким образом, присущая подобным белкам термостабильность должна основываться на небольшом числе изменений, которые могут быть выявлены только при детальных исследованиях гомологичных белков мезофильных и термофильных организмов (см. раз. 6, IV).
Г. ВЫСОКОЗАРЯЖЕННЫЕ МАКРОМОЛЕКУЛЫ ВНУТРИ КЛЕТОК
Во всех последних обзорах по термофилии было высказано единодушное мнение о том, что термофильные бактерии синтезируют белки, которые обладают присущей им самим термостабильностью. В предыдущих разделах отмечалось, что многие ферменты, выделенные из облигатных или кальдоактивных бакте-
