Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
В. СИНТЕЗ БЕЛКА in vitro
Белоксинтезирующая система Я. cutirubrum служит примером того, . как далеко может заходить адаптация микроорганизмов к необычной внутриклеточной среде. Результаты, полученные в работах, посвященных этому вопросу, начиная с исследования рибосом Я. cutirubrum (Bayley, Kushner, 1964), недавно были обобщены в обзоре Бейли (Bayley, 1976). Изложенные ниже данные заимствованы главным образом из его обзора. Рибосомы Я. cutirubrum (и, вероятно, других галобактерий и галококков) уникальны в двух отношениях: во-первых, для сохранения их стабильности требуются высокие солевые концентрации и, во-вторых, они содержат большое число кислых белков. Для поддержания устойчивой структуры мономеров (70S) и субчастиц (30 и 50 S) необходимы высокие концентрации как КС1 (3 М), так и ионов Mg2+ (около 0,1 М). КС1 нельзя заменить NaCl; при высоких концентрациях NaCl происходит беспорядочная агрегация рибосом. При низких концентрациях солей (например, в присутствии 0,001 М MgCl2), способных поддерживать структуру рибосом Е. coli, 30S и 50S-субчастицы рибосом Я. cutirubrum теряют ббльшую часть белков, в них остается лишь несколько основных белков, связанных с рРНК.
Синтез белка, измеряемый в бесклеточных системах по включению радиоактивных аминокислот, оптимально протекает в присутствии 3,8 М КС1, 1,0 NaCl, 0,4 М NH4CI и 0,04- М ацетата магния. Различные эксперименты показали, что эта ионная зависимость обусловлена белковыми компонентами белоксиитези-рующей системы. Как было отмечено выше, для стабилизации рибосом необходимы высокие концентрации ионов К+ и Mg2+. Ряд аминоацил-тРНК-синтетаз требуют для оптимальной актив-
ности 3,8 М КС1. Места действия других одновалентных катионов остаются неизвестными. .
.Напротив, тРНК экстремальных галофилов и мезофилов, по-видимому, не определяют солевые потребности белкового синтеза у этих организмов. Аминоацил-тРНК-синтетазы Я. cutirubrum способны использовать тРНК из Е. coli (возможна также и обратная комбинация). Аминокислота, связанная с тРНК любого из этих организмов с помощью гомологичной синтетазы, может быть включена в полипептидную цепь при использовании рибосом и белковых факторов, выделенных из другого микроорганизма.
Бейли и его сотрудники рассмотрели заманчивую возможность тог.о, что высокие концентрации соли вызывают неправильное считывание генетического кода, специфически приводящее к образованию большего количества кислых аминокислот и меньшего количества основных. Однако эксперименты с использованием ряда синтетических мРНК показали, что значение кодонов в •основном одинаково как у галофильных, так и у негалофильных ¦организмов. По-видимому, характерные свойства белков экстремальных галофилов обусловлены особенностями генетической информации этих бактерий, а не ошибочным считыванием «обычной» генетической информации.
Кроме высокой потребности в солях белоксинтезпрующая система'Я. cutirubrum необычна также в том отношении, что синтез белка у этих бактерий инициируется.неформилированиой метионил-тРНКМе1:; этим она напоминает эукариотические, а не прокариотические белоксинтезирующие системы.
Еще.одно необычное свойство белкового синтеза у экстремальных галофилов состоит в том, что они нечувствительны к антибиотикам, действующим на рибосомы. Было показано, что «стандартные антибиотики» не действуют на рост галофилов (Moore, McCarthy, 1969а). Томлинсон и Хохштейн (Tomlinson, Hochstein, 1976) обнаружили, что клетки Я. saccharovorum нечувствительны к хлорамфениколу, стрептомицину, тетрациклину, эритромицину и бацитрацину, но чувствительны к полимиксину. Кроме того, эти клетки нечувствительны также к пенициллину, как и следовало ожидать, учитывая отсутствие у них муко-пептидов и нечувствительность других экстремальных галофилов зс этому антибиотику (Larsen, 1967).
1. Рибосомные белки Я. cutirubrum
Главный N-концевой остаток белка, входящего в состав 50S-субчастиц рибосом Я. cutirubrum, представляет собой серин; аналогичные белки из Е. coli и Bacillus stearothermophilus содержат на N-концах в основном следующие аминокислоты (перечисленные в соответствии с частотой их встречаемости): ме-
тионин> аланин>*серии. У всех трех бактерий преобладающими N-концевыми остатками в белках ЗОБ-субчастицы являются: аланин>>метионин>серии. У галофилов, термофилов и мезофи-лов наблюдается в общем одинаковое распределение N-коице-вых остатков в суммарных растворимых белках цитоплазмы (Matheson et al., 1975).
При низких концентрациях солей из этих рибосом освобождается 75—80% белков ЗОБ-субчастиц и 60—65% белков 50S-субчастиц, а также 5S-PHK. Освобожденные белки относятся к наиболее кислым белкам рибосом. Менее кислые и основные белки, оставшиеся связанными с 16S- и 23S-PHK, могут быть экстрагированы растворами, содержащими . смесь Li+ и ЭДТА (Vi-sentin et al., 1972). Позднее было проведено значительно более детальное исследование влияния пониженных концентраций ионов К+ и Mg2+ на освобождение 5S-PHK и определенных белков из рибосомных субчастиц. Было осуществлено разделение приблизительно 21 белка из ЗОЭ-субчастицы и 32 белков из 50S-субчастицы (Str0m, Visentin, 1973; Str0m et al., 1975a) и изучены свойства некоторых из этих белков.
