Бактериородопсин
Cтраница 4
Однако в соленых прудах, где концентрация NaCl иногда превышает 4 М, растворимость кислорода очень низка. Поэтому галофильным бактериям приходится иногда использовать другой источник энергии-солнечный свет. Они состоят из плотно упакованных молекул белка бактериородопсина ( мол. При освещении клеток молекулы бактериородопсина переходят в возбужденное состояние и временно обесцвечиваются. Когда затем эти возбужденные молекулы бактериородопсина, находящиеся в мембране, возвращаются в исходное основное состояние, выделяющаяся энергия используется на перекачивание ионов Н из клетки в наружную среду, вследствие чего возникает трансмембранный градиент рН, обращенный кислым концом наружу. Поскольку при этом концентрация ионов Н снаружи выше, чем внутри, эти ионы стремятся диффундировать обратно в клетку через находящиеся в мембране молекулы АТР-син-тезирующего фермента, напоминающего АТР-синтетазу митохондрий и хлоро-пластов. [47]
Комбинацией электронно-микроскопических и дифракционных методов анализа была определена молекулярная структура белка в плане мембраны с разрешением в 0 37 нм, в то время как разрешение внутримембранных участков полипептидной цепи достигало всего лишь 1 4 нм. Хендерсону удалось также установить, что каждый сегмент молекулы бактериородопсина находится в конформации а-спнрали. [48]
Известно несколько реакций, генерирующих ДДн - У разных групп прокариот от 1 до 3 из них локализованы в дыхательной цепи. На 2 или 3 этапах ДДН генерируется в темновых реакциях переноса электронов в фотосинтетической цепи. Образование Дрн происходит при гидролизе АТФ в Независимой АТФ-синтазной реакции. К числу устройств, генерирующих АДН посредством трансмембранного переноса Н, относится бактериородопсин галофильных архебактерий. У некоторых групп прокариот обнаружена локализованная в мембране неорганическая пирофосфатаза, катализирующая расщепление и синтез пирофосфата. Расщепление последнего приводит к генерированию АЦН - Наконец, источником АДн на ЦПМ прокариот могут быть процессы, связанные с выделением во внешнюю среду продуктов брожения, транспорт которых через мембрану происходит вместе с протонами. [49]
К сравнительно новому домену Archaea относятся микроорганизмы, разделенные на три филума: Euryarchaeota, Crenarchaeota и Korarchaeota. Первый филум объединяет повсеместно распространенные микроорганизмы. Это метаногены - строгие анаэробы, обитающие в донных осадках пресноводных зон, богатых органикой, или в рубце жвачных. Широко распространены также экстремальные галофилы, растущие при высоких концентрациях соли и способные осуществлять особый тип фотосинтеза с помощью бактериородопсина, который на свету работает как протонная помпа. Ко второму филуму относятся микроорганизмы, имеющие очень узкие и специфические места обитания. Это экстремофилы, зависящие от серных соединений, оптимумы рН и температуры роста которых отличаются экстремальными значениями. [50]
Однако в соленых прудах, где концентрация NaCl иногда превышает 4 М, растворимость кислорода очень низка. Поэтому галофильным бактериям приходится иногда использовать другой источник энергии-солнечный свет. Они состоят из плотно упакованных молекул белка бактериородопсина ( мол. При освещении клеток молекулы бактериородопсина переходят в возбужденное состояние и временно обесцвечиваются. Когда затем эти возбужденные молекулы бактериородопсина, находящиеся в мембране, возвращаются в исходное основное состояние, выделяющаяся энергия используется на перекачивание ионов Н из клетки в наружную среду, вследствие чего возникает трансмембранный градиент рН, обращенный кислым концом наружу. Поскольку при этом концентрация ионов Н снаружи выше, чем внутри, эти ионы стремятся диффундировать обратно в клетку через находящиеся в мембране молекулы АТР-син-тезирующего фермента, напоминающего АТР-синтетазу митохондрий и хлоро-пластов. [51]
Представляют большой интерес эксперименты Стоекениуса и Рэкера с искусственными липидными пузырьками, в которые включались фрагменты пурпурных мембран. При освещении светом таких пузырьков происходит изменение рН среды. Это изменение чувствительно к действию разобщающих агентов. Следовательно, свет порождает градиент концентрации протонов. В связи с тем что бактериородопсин был единственным белком в липид-ных пузырьках и потому, что он был одинаково активен в пузырьках, образованных из разных липидов, исследователи пришли к заключению, что именно бактериородопсин использует энергию света для образования градиента протонов. [52]
Для превращения солнечной энергии в электрическую используют твердотельные фотопреобразователи, изготовленные на основе кристаллов кремния, однако из-за высокой стоимости этот метод на практике не применяется. Было предложено несколько альтернативных вариантов с использованием синтетических биомембран. При поглощении квантов света бактериородопсин подвергается циклической реакции, при которой протоны связываются на цитоплазматической стороне мембраны бактерии и освобождаются на наружной поверхности. Молекулы бактериородопсина объединяются в полимеризующиеся везикулы и ориентируются под воздействием электрического поля или поверхностных сил, образуя синтетическую биомембрану, которая функционирует как жидкая фотоэлектрическая ячейка. По данным работы [19], бактериородопсин ориентировали между пленками полиакриловой кислоты и полиакриламида. [53]
Бактериородопсин откладывается в виде отдельных пурпурных областей ( бляшек) на ЦПМ красного цвета, обусловленного высоким содержанием каротиноидов. При выращивании клеток на свету в условиях недостатка 02 пурпурные участки могут составлять до 50 % поверхности мембраны. В них содержится от 20 до 25 % липидов и только один белок - бактериородопсин. При удалении из среды солей клеточная стенка растворяется, а ЦПМ распадается на мелкие фрагменты, при этом участки мембраны красного цвета диссоциируют, а пурпурные бляшки сохраняются и могут быть получены в виде отдельной фракции. [54]
Химические вещества, обладающие поверхностно-активными свойствами, называют детергентами, или сурфактантами. Они хорошо известны также как моющие вещества. В настоящее время промышленность выпускает большой ассортимент твердых и жидких моющих средств. В развитии этих направлений роль трнкого органического синтеза может оказаться неоценимой. Тот прогресс, который произошел в выделении и установлении структуры важнейших мембранных белков ( бактериородопсин, зрительный родопсин и др.), был бы невозможен, если бы не были созданы такие детергенты. [55]
Морфологически архебактерии, кратко обозначаемые как ар-хеи, не имеют резких отличий от эубактерий. При большом навыке можно отличить их клетки по некоторой угловатости, но эти отличия не выходят, например, за пределы отличий азотобактера от псевдомонад. Цитологические отличия их клеток с типично прокариотным строением так же не существенны. Физиологически многие архебактерии относятся к организмам, развивающимся в экстремальных условиях, - экстремофилам. Архебактерии осуществляют такие уникальные процессы, как метаногенез; особый тип фотосинтеза с участием бактериородопсина; использование серных соединений. [56]
Представляют большой интерес эксперименты Стоекениуса и Рэкера с искусственными липидными пузырьками, в которые включались фрагменты пурпурных мембран. При освещении светом таких пузырьков происходит изменение рН среды. Это изменение чувствительно к действию разобщающих агентов. Следовательно, свет порождает градиент концентрации протонов. В связи с тем что бактериородопсин был единственным белком в липид-ных пузырьках и потому, что он был одинаково активен в пузырьках, образованных из разных липидов, исследователи пришли к заключению, что именно бактериородопсин использует энергию света для образования градиента протонов. [57]
Группы из семи ос-спиральных столбов пронизывают мембрану и образуют молекулу размером 2 5 - 3 5 - 4 5 нм, причем наиболее протяженный участок располагается перпендикулярно поверхности мембраны. Ретиналь, по-видимому, связан с боковой цепью лизина и располагается между тремя внутренними и четырьмя внешними спиралями белковой молекулы. Каждая молекула бактериородопси-на представляет собой активный протонный насос. Функциональная роль тримера, обнаруженного методом электронной микроскопии, неизвестна. Модель Хендерсона и Анвина подтверждает основную концепцию: система ионного транспорта состоит из интегральных ( пронизывающих толщу мембраны) спирально уложенных полипептидных цепей. Поскольку аминокислотная последовательность бактериородопсина известна, в основном информация касается структуры этого ионного насоса. Как и в случае родопсина сетчатки, многое известно о фотохимии световой активации. Возможно, этот биохимически охарактеризованный протонный насос галофильных бактерий окажется первой системой с полностью выясненным функциональным механизмом. [58]
Однако в соленых прудах, где концентрация NaCl иногда превышает 4 М, растворимость кислорода очень низка. Поэтому галофильным бактериям приходится иногда использовать другой источник энергии-солнечный свет. Они состоят из плотно упакованных молекул белка бактериородопсина ( мол. При освещении клеток молекулы бактериородопсина переходят в возбужденное состояние и временно обесцвечиваются. Когда затем эти возбужденные молекулы бактериородопсина, находящиеся в мембране, возвращаются в исходное основное состояние, выделяющаяся энергия используется на перекачивание ионов Н из клетки в наружную среду, вследствие чего возникает трансмембранный градиент рН, обращенный кислым концом наружу. Поскольку при этом концентрация ионов Н снаружи выше, чем внутри, эти ионы стремятся диффундировать обратно в клетку через находящиеся в мембране молекулы АТР-син-тезирующего фермента, напоминающего АТР-синтетазу митохондрий и хлоро-пластов. [59]
Страницы: 1 2 3 4