Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Проведенные недавно исследования с дисперсными системами общих липидов и выделенных из оболочек Я. cutirubrum полярных липидов дают ключ к пониманию структуры мембраны, необходимой для такого связывания катионов (Lanyi et. al., 1974; Pla-chy et al., 1974). Полярные липиды представляют собой смесь дифитанилэфирного аналога фосфатидилглицерофосфата и дифитанилэфирного аналога гликолипид сульфата в соотношении примерно 2:1. Использование спиновой метки и дилатометрические исследования позволяют предположить, что в дисперсных системах, содержащих только полярные липиды, происходит значительное скручивание упакованных углеводородных цепей липидов. При добавлении одного из основных неполярных липидов— сквалена — наблюдаются изменения в поведении зондов,
указывающие на то, что это соединение проникает в углеводородную часть двойного слоя, располагаясь перпендикулярно плоскости мембраны в промежуточном пространстве между углеводородными цепочками. Ионы Mg2+ или Са2+ вызывали агрегацию выделенных из Я. cutirubrum полярных липидов только в присутствии сквалена. Таким образом, роль сквалена, возможно, заключается в том, чтобы держать молекулы полярных липидов на достаточном расстоянии друг от друга, обеспечивающем доступ двухвалентных катионов к заряженным фосфатным группам. Эти явления наблюдались при температуре и концентрациях солей (NaCl и КС1), характерных для условий жизни этих микроорганизмов, что позволяет предположить важное физиологическое значение сквалена.
Более ранние работы (Kushner, Onishi, 1966; Rayman et al., 1967; McClare, 1967; Brown, 1976) также показывают, что полярные липиды экстремальных галофилов могут выполнять важную роль участков связывания двухвалентных катионов.
2. Пурпурная мембрана галобактерий
Многие работы по экстремальным галофилам, проведенные в последнее время, посвящены этой интересной структуре, обнаруженной у штаммов Я. halobium и Я. cuiirubrum. Стокениус и его сотрудники (Stoeckenius, 1976) первыми заметили, что оболочки Я. halobium, помещенные в дистиллированную воду, диссоциируют не полностью: от них остается небольшое количество окрашенного в пурпурный цвет материала, который при центрифугировании в градиенте плотности собирается в виде отдельных фракций пурпурных мембран. Можно выделить также отдельную фракцию красного цвета. Окрашенный в пурпурный цвет материал представляет собой дифференцированные участки клеточной мембраны, которые могут составлять до 50% всей мембраны при выращивании клеток на свету в условиях недостаточной аэрации. В пурпурных мембранах содержится от 20 до 25% липидов, как полярных, так и неполярных (Kushwaha et al., 1975b). Они включают упоминавшиеся ранее ретиналь и сульфатпроизводное гликолипида, но не содержат бактериоруберинов — красных пигментов, характерных для галобактерий. Последние были обнаружены в красных мембранах, не содержащих ни ретиналя, ни сульфированных липидов (Kushwaha et al., 1975). Пурпурные мембраны содержат только один белок — бактериородопсин, названный так потому, что он, подобно родопсину глаза животных, связан с ре-тиналем (Oesterhelt, Stoeckenius, 1971; Kushwaha et al., 1975). Сначала при определении молекулярного веса бактериородопсина, выделенного из Я. cutirubrum и Я. halobium, в нескольких лабораториях были получены разные величины (Oesterhelt, Stoeckeni-
us, 1971; Kushwaha et al., 1975). Однако позднее совместная проверка (Kushwaha et al., 1976b) показала, что молекулярный вес -бактериородопсина равен 19 300±2001. Насколько удалось установить, пурпурные мембраны этих двух видов бактерий идентичны. Хотя пурпурные мембраны были изучены только у бактерий рода Halobaclerium, обнаружено, что ретиналь содержится в це-.лом ряде пигментированных экстремальных галофилов (в отличие от умеренных). Это позволяет предположить, что все бактерии такого типа имеют пурпурные мембраны (Kushwaha et al.,
1974).
Большой интерес, который вызывают пурпурные мембраны, -обусловлен тем, что эти структуры ответственны за уникальный тип фотофосфорилирования. Остерхельт и Стокениус (Oesterhelt, .Stoeckenius, 1973) показали, что на свету клетки выделяют ионы водорода; позднее было установлено, что свет способен катализировать внутриклеточное образование АТР в анаэробных условиях (Danon, Stoeckenius, 1974). Эти световые эффекты коррелируют •со сдвигом максимума поглощения света бактериородопсином с .560 до 415 нм. Этот сдвиг может быть временным с быстрым возвратом максимума к 560 нм в темноте, при непрерывном же освещении могут наблюдаться колебания между указанными длинами воли (Oesterhelt, Stoeckenius, 1973). Суммарным результатом всех этих процессов является высвобождение протонов из клетки.
Участие пурпурных мембран в энергетическом обмене клетки •подтверждается также тем фактом, что свет может индуцировать транспорт лейцина в мембранные пузырьки Я. halobium (MacDonald, Lanyi, 1975).
Выделенные пурпурные мембраны могут быть включены в пузырьки, содержащие животные или растительные фосфолипиды, тде они также вызывают выделение Н+ на свету (в этом случае внутрь пузырьков, так как мембраны в таких искусственных образованиях «вывернуты наизнанку»). В эти пузырьки может •включаться АТРаза митохондрий бычьего сердца, и тогда под действием света осуществляется синтез ATP (Racker, Stoeckeni-.us, 1974).
