Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
В отличие от целых клеток клеточные оболочки почти одинаково хорошо сохраняются в растворах КС1, NH4CI или NaCl (Kushner, 1964b). Для объяснения этого наблюдения было выдвинуто несколько гипотез. Более раннее предположение (Kushner, 1964b) о том, что Na+ действует на наружный, а К+ и NH4+ на внутренний слой клеточной оболочки, вероятно, является слишком упрощенным, хотя, конечно, наружная часть оболочки подвергается воздействию высоких концентраций ионов Na+, тогда как внутренняя находится в контакте со средой с высоким содержанием ионов К+. Согласно другому предположению, при умеренных концентрациях ионов К+ клетки претерпевают лизис, так как К+ действует как проникающий растворимый агент (Soo-Hoo, Brown, 1967). Эта гипотеза, очевидно, несостоятельна, поскольку такие клетки обычно уже содержат достаточное для насыщения количество ионов К+- Представляется более вероятным, что ионы Na+ нужны не для поддержания стабильности всей оболочки, а для предупреждения утечки определенных компонентов и что Na+ справляется с этой задачей лучше, чем другие ионы: Несомненно, что высокие концентрации Na+ необходимы для обеспечения лишь одной функции мембраны — активного транспорта. Было показано, что для активного транспорта L-глютамата клеткам Я. salinarium требуется NaCl, который не может быть заменен KCL или NH4CI в концентрациях, обеспечивающих поддержание клеточной структуры (Stevenson, 1966). Na+ необходим также для индуцируемого светом накопления лейцина мембранными пузырьками Я. halobium (MacDonald, Lanyi, 1975). Специфическая потребность в ионах Na+ для активного транспорта была также обнаружена у морских бактерий (MacLeod, 1965).
Потребность в высокой концентрации одновалентной соли или в низкой концентрации двухвалентной соли для поддержания стабильности оболочек, по-видимому, обусловлена, по крайней
мере частично, кислотностью'белка оболочки (табл. 8.5), так как в кислой среде происходит взаимное отталкивание анионных групп, если они не защищены катионами. Участие отрицательно заряженных групп в проявлении галофильных (солезависимых) свойств клеточных оболочек было четко продемонстрировано в экспериментах Брауна (Brown, 1964 b). Мембраны морской псевдомонады (NCMB 845) подвергались обработке янтарным ангидридом, который взаимодействовал со свободными NH3+-rpynnaMH, вызывая возрастание числа карбоксильных групп на мембране. Для поддержания стабильности обработанных таким образом мембран требовались значительно более высокие концентрации солей, чем в случае нативных мембран.
При обсуждении влияния очень высоких концентраций соли на ферментативную активность следует учитывать также их возможное действие на гидрофобные связи. Было высказано предположение (Brown, 1976), что соли в высоких концентрациях могут влиять на стабильность оболочек, усиливая гидрофобные связи (которые, несомненно, имеются во всех мембранах). Мембранные белки аналогично другим белкам (за исключением белков «пурпурных мембран») экстремальных галофилов характеризуются низким содержанием неполярных аминокислот (табл. 8.5). Вполне логично предположить, что гидрофобные связи принимают участие в стабилизации мембраны. Доказательства такого участия были получены при тщательном изучении компонентов мембраны (белки, липиды, флавопротеиды и цитохромоксидаза), высвобождаемых при суспендировании оболочек Н. cutirubrum в растворах с постепенно снижающимися концентрациями солей (Lanyi, 1971). При самой высокой концентрации NaCl (3,4 М) обеспечение их полной стабильности достигалось только в присутствии низких концентраций ионов Mg2+(^0,2 мМ), что указывает на существование связанной с Mg2+ фракции оболочки. По мере снижения концентрации соли первым разрушался поверхностный слой оболочки (при 1,0—1,2 М NaCl). При более низких концентрациях NaCl (до 0,6 М) наблюдалась утрата других компонентов оболочки. Тот факт, что NaCl в этом диапазоне концентраций более эффективно стабилизирует клеточные оболочки, чем NaNC>3 или NaClCU, наряду с действием агентов, разрушающих гидрофобные связи, позволяет предположить, что утраченные оболочкой компоненты были связаны главным образом гидрофобными связями. При концентрациях NaCl ниже 0,6 М стабильность оставшейся части оболочки обнаруживала слабую анионную специфичность, свидетельствуя о том, что действие солей было направлено в основном на ионные связи (Lanyi, 1971).
Оболочки экстремальных галофилов отличаются и другими необычными свойствами, причем некоторые из них четко связаны с солевой потребностью клеток. Тщательное изучение клеточной
оболочки Я. salinarium (штамм 1) показало, что 40—50% ее белковой фракции было представлено одним белком с мол. весом около 194000, содержащим'ковалентно связанный углевод (Mes-cher et al., 1974; Mescher, Strominger, 1976 a, b). Остальная часть оболочки состояла из 15—20 белков более низкого молекулярного веса. При суспендировании оболочек в растворе, содержащем 5 мМ MgS04, 0,14 М NaCl и 0,01 М КС1 (указанная концентрация Mg2+ должна была обеспечить сохранение значительной части структуры оболочки), большинство белков оболочки растворялось, а высокомолекулярный белок оставался во фракции, оседающей в результате центрифугирования в течение 1 ч при 100 000 g.
