Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
Филамент обычно крепится к базальному телу особой изогнутой структурой, называемой крюком. Это трубка несколько большего размера, чем филамент. Базальное тело состоит из стержня,, сочлененного с крюком, и четырех (иногда трех или двух) дисков, как бы насаженных на стержень. Диаметр стержня меньше,, а дисков больше, чем крюка (рис. 90 и табл. 15).
288
5. Потребители АщН
10 КМ
Внешняя
мембрана
Лептидо-
глюкановый
слой
Цитоплаз-
матическая
мембрана
СО м
а 3 И н
Рис. 90. Структура базальных тел бактериальных флагелл
Изолированные базальные тела: а — Е. coli, б — Bacillus brevis, в — Vibrio alginolyticus; г — базальное тело Vibrio alginolyticus in situ; о — схема устройства базального тела Е. coli (по: Новикова и соавт. [99]; Бакеева и соавт. [207] и Адлер [i 5i]l
Диски обозначаются буквами L, Р, S и М, причем последний из них локализован в цитоплазматической мембране бактерии. В дисках Salmonella typhimurium обнаружены следующие беджи: 27кДа (L), 38 кДа (Р) и 65 кДа (М). Белковый состав S-диска неизвестен. Кроме этих белков, базальное тело содержит также
5.3. Механическая работа за счет АцлН: движение бактерий
289
Таблица 15. Размеры структур, образующих базальное тело бактериальных флагелл (нм)
Н+-моторы Na+~MOTOpbi
Структурный параметр Е. coli [99] Campylobacter foetus [557] Aquaspiril-lum septens [406] Spirillum volutans [1477] Bacillus brevis [99] Vibrio cholerae [557] Vibrio alginolyticus [207]
Диаметр дисков
L 21 39 18 24 - 23 33
Р 21 39 21 24 - 23 33
S 18 26 28 — 20 11 15
М 18 26 31 31 20 11 15
Отношение диаметров L : М 1,2 1,5 0,6 0,8 — 2,1 2,2
Диаметр стержня 11 — 10 12 8 8 8
Размер базального тела по вертикали 27 23 31 44 10 24 22
белки с массой 60 к Да (сочленение филамента и крюка), 42 к Да (крюк), 32 и 30 кДа (стержень), 16 и 14 кДа (локализация неизвестна) и, по-видимому, некоторые другие [154].
Иногда в бактериальной стенке видны кольца гораздо большего диаметра, чем диски базального тела. Их нет в препаратах очищенных базальных тел [557]. Можно предположить, что эти большие кольца являются компонентами статора, в то время как базальное тело есть роторная часть мотора.
По данным Свана, в месте прикрепления флагеллы Spirillum volutans к клеточной стенке имеется цилиндрическая структура диаметром около 36 нм, которая выступает на 19 нм в цитоплазму [1477]. Аналогичная структура была обнаружена в нашей лаборатории JI. Е. Бакеевой у Vibrio alginolyticus.
Было показано, что филамент не бьется, а совершает истинное вращательное движение вдоль своей длинной оси. Из-за того, что филамент обычно представляет собой левую спираль, фла-гелла, расположенная сзади, толкает клетку при вращении против часовой стрелки. Вращение по часовой стрелке тянет клетку в противоположную сторону, и она движется флагеллой вперед. Есть бактерии, имеющие много флагелл, как, например, Е. coli. Вращение флагелл Е. coli против часовой стрелки приводит к тому, что все они как бы сплетаются в жгут, вращение которого обусловливает поступательное движение клетки. При вращении по часовой стрелке жгут расплетается, флагеллы вращаются независимо одна от другой и клетка останавливается (см. обзор: [981]).
Ю в. П. Скулачев
290
5. Потребители AfiH
5.3.2. A|uH вращает ротор флагеллярного мотора
Еще в 1956 г. Митчел [1042] отметил принципиальную возможность того, что ионный градиент может вызвать движение бактерий. Было высказано предположение, что бактериальная флагелла играет роль гигантского ионного канала [1042, 1048]. Впоследствии эта конкретная схема была оставлена на основании расчета, показавшего ее неэффективность [1173]. Тем не менее общая идея локомоции, поддерживаемой энергией ионного градиента, получила экспериментальное подтверждение.
В 1974 г. Адлер и его коллеги [908] наблюдали движение мутанта Е. coli, лишенного способности к окислительному фосфо-рилированию. Мутант был подвижен в условиях активного дыхания, хотя оно не могло быть сопряжено с синтезом АТР, уровень которого поддерживался гликолизом. Более того, сильное уменьшение концентрации АТР в клетке не снижало скорости движения мутанта. Клетки обездвиживались при добавлении разобщителя. Авторы заключили, что не АТР, а «нефосфорилированный интермедиант окислительного фосфорилирования» необходим для движения Е. coli. -------
К тому времени для нас уже было ясно, что «нефосфорилированный интермедиат» — не химическое соединение, а ДрЙ. Поэтому мы предприняли специальное исследование, чтобы прямо продемонстрировать новую функцию протонного потенциала. В 1975 г. мы подтвердили наблюдение Адлера, используя бактерию, весьма отдаленную от Е. coli по своему систематическому положению, а именно Rhodospirillum rubrum [19, 1398]. Как оказалось, и в этом случае скорость движения не коррелирует с уровнем АТР. В то же время наблюдалась хорошая корреляция с величиной мембранного потенциала, образуемого фотосинтетической ре-докс-цепью. На основе этих данных мы заключили, что движение Rh. rubrum поддерживается энергией Д(1Н, а не АТР. В дальнейшем наша группа [611, 1401] и две другие лаборатории [980, 1003] показали, что Rh. rubrum, один из видов стрептококка и В. sub-tilis, неподвижные в условиях, когда генерация Д|лН естественным путем была невозможна, на несколько минут вновь приобретают подвижность, если на их мембране искусственно создается Д'F или ДрН.
