Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Высокие концентрации солей, вызывающих растворение белков, могут денатурировать многие ферменты, в том числе ферменты галофилов, откуда следует, что последние не стабилизируются в присутствии таких солей. Соли «высаливающего» типа, по-видимому, специфически стабилизируют менадиоиредуктазу, цитохром с — оксидазу и треониндегидратазу Я. cutirubrum (Lanyi, 1974а). Ингибирование менадионредуктазы (в присутствии йысоких концентраций NaCl) под действием ряда агентов, денатурирующих белки, включая алкильные производные мочевины и формамида, очевидно, коррелирует со способностью последних повышать растворимость толуола в воде (Lanyi, Stevenson, 1970). Это наводит на мысль, что данные соединения действуют путем нарушения гидрофобных связей, необходимых для поддержания активной конфигурации фермента.
Еще одним показателем важности гидрофобных связей в ферментах экстремальных галофилов служит тот факт, что некоторые из этих ферментов (Lanyi, 1974а) обнаруживают «холодовую лабильность», к их числу относятся АТКаза (Norberg et al., 1973) и цитратсинтаза (в 3 М КС1, но не в 5 М КС1, т. е. в физиологическом растворе) (Higa, Cazzubo, 1975). Иначе говоря, они обладают максимальной стабильностью при температурах выше 0°С и пониженной стабильностью при более низких температурах. Это также характерно для гидрофобных связей; данный эффект проще всего рассматривать в связи со структурой воды. При более низких температурах увеличивается размер «скоплений» (clusters) молекул воды и облегчается взаимодействие с этими молекулами гидрофобных групп, что сопровождается разрывом гидрофобных связей (Lanyi, 1974а). Холодовая чувствительность была рассмотрена в аспекте стабильности структур, способных к самосборке (Kushner, 1968).
Упомянутые выше эксперименты свидетельствуют о важной роли гидрофобных связей, поддерживаемых высокими концентрациями солей, в создании активной конфигурации белков экстре-
мально галофильных бактерий. Лани (Lanyi, 1974а) отметил, что индивидуальные белки экстремальных галофилов [рибосомные белки; ДНК- и РНК-зависимые РНК-полимеразы (Louis, Fitt, 1972а, b); два очищенных фермента], а также суммарные цитоплазматические белки и белки оболочки содержат значительно меньшие количества неполярных аминокислот, чем аналогичные белки мезофильных бактерий (см. табл. 8.5). В некоторых случаях снижение количества неполярных аминокислотных остатков уравновешивается повышением количества «погранично-гидрофобных» аминокислот — серина и треонина.
Снижение количества неполярных аминокислот, вероятно, способствует ослаблению гидрофобных взаимодействий, которые возможны лишь в присутствии очень высоких концентраций солей. Конечно, мы слишком мало знаем об аминокислотной последовательности любого из этих белков и нам ничего не известно об их внутренней конформации. Остается надеяться, что чрезвычайно интересные косвенные данные, указывающие на то, что высокие солевые потребности белков обусловлены наличием в их молекулах очень слабых гидрофобных взаимодействий, будут стимулировать дальнейшие исследования очищенных белков галофилов для получения более прямых доказательств этого предположения.
Д. ОСОБЕННОСТИ ДНК И БАКТЕРИОФАГОВ
ЭКСТРЕМАЛЬНО ГАЛОФИЛЬНЫХ БАКТЕРИЙ
Многие галобактерии и галококки (фактически все, изученные до сих пор) содержат сателлитную ДНК, составляющую от
11 до 36% всей ДНК (Joshi et al., 1963; Moore, McCarthy, 1969a). Все сателлитные зоны имеют заметно сниженное содержание G + C (57—60'%) по сравнению с их содержанием в главной фракции ДНК (66—68%). Эти зоны представляют собой, по-видимому, не эписомы (Moore, McCarthy, 1969а), а составную часть генома. Лоу (Lou, в работе Barley, 1976) обнаружил, что сателлит-ная ДНК Н. salinarium состоит из замкнутых кольцевых молекул окружностью около 37 мкм. Было подсчитано, что каждая клетка содержит от семи до девяти таких колец, и высказано предположение, что различия в доле сателлитной ДНК у разных видов экстремальных галофилов связаны с наличием в их клетках разного числа кольцевых молекул.
Исследования гибридизации ДНК/ДНК и ДНК/РНК (Моогег McCarthy, 1969b) наводят на мысль, что разные галобактерии родственны друг другу, но не родственны галококкам; сходные выводы получены методами нумерической таксономии (Colwell et al., неопубликованные данные), хотя на основании биохимических особенностей галобактерий и галококков создается впечатле-
ние, что эти роды более тесно связаны друг с другом, чем с какими-либо иными родами.
Высокие концентрации солей, при которых живут экстремальные галофилы, не препятствуют фаговой инфекции. Для нескольких видов описаны фаги с изометрическими головками и с отростками (Torsvic, Dundas, 1974; Wais et al., 1975). Недавно было показано, что эти фаги содержат двухцепочечиую ДНК. Фаг одного из видов галобактерий способен инфицировать несколько других видов. Для поддержания стабильности фаги нуждаются в высоких концентрациях солей моновалентных катионов или в более низких концентрациях ионов Mg2+, причем КС1 оказывает значительно более эффективное действие, чем NaCl.
