Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ОРГАНИЗАЦИЯ ГИГМЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ПУРПУРНЫХ ВАКТЕРИЙ И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ОРГАНИЗАЦИЯ ГИГМЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ПУРПУРНЫХ ВАКТЕРИЙ И ЕЕ ИЗМЕНЕНИЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА"

УОСКОЕСКЙЯ ГОСУДАРСХШШЙ УНИВЕРСИТЕТ ШйЕКИ ІІ .3.ЛОМОНОСОВА Биологический факультет ...

На правах рукописи

МАХНЕВА Зоя Карпоэна

УДК 541Л44.7+Ь7б,809,514

ОРГАНИЗАЦИЯ - ПИГМЕНТНОЙ СИСТЕМЫ ПУРПУРНЫХ БАКТЕРИЙ И ЕВ ИЗЛЕКЕКИБ В ЗАШСИЖ)СТИ ОТ ИНТШСШНОСЇИ СВЕТА

С специальность 03,00.07. - микробиология)

АЗ ТОРЕЗ ЕРА Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1534

Работа выполнена в лаборатории молекулярной организации и биогенеза фотосинтетического аппарата Института почвоведения и фотосинтеза АН СССР.

Научный руководитель:' 4 у-.'■■■-'■:' '

кандидат биологических наук U.E.Ерохин

' ; Официальные оппоненты: - ■-'. -Л".

член-корреспондент АН СССР,- ■■'■. ^ '... .

доктор биологических наук, • .' / . .;;-■ ; .*

■ профессор E.H.Кондратьева ■ " ■ ' * ' ' .

кандидат биологически* неук . „ ■'"■ :■[-- ■ *

Н.Н.Дроздова '.'■■. '' v:,v ; /.- '! Т-'. ; ■■■■■ -...

Ведущее учреждение:' Институт микробиологии АН СССР.

■ Автореферат 'разослан " 1965 г.

: • Защита диссертации состоится ^ " 1955 г.

часов на заседании специализированного совета К 053,05.IX s iloc— -kobckov- -*^оударетвенном университете им! íí.F,Ломоносова по защк- :

^ . .ациЯ и присуждению ученой. степени .кандидата биологи-

' - ' ■■

'..'тл на автореферат в двух экземплярах просим направлять .по ;. 'УЗ Москва Л Ленинские горы, Биологический фацуяь-д^ : , .алиэированный совет № учёному се^етарэ^- ' ,у

С диссертацией можно, ознакомиться в библиотеке Биологического 4 ^культета Московского государственного университета.

Уч' «„Л с> крзтарь совета № 2, ;. ; 1

. йдат биологических »наук -' :■ л/ ." , '-V . Л.И.Лебедева .

Актуальность rrpc6.nci.ffi.Несмотря на многочисленше исоледоваи/.я э области фотосинтеза, выполненных к настоящему времена, существует рЛЯ £ 1ЖНЦХ вопросов, связанных С выяснение?/! механизм* t ЛГОГО процесса. Одним из подходов к исследованию механизма фотосинтеза является изучение организации фотосинтезирующего аппарата нл, уровне систем разной сложности. Относительно простыми системами являются гшгк<жт-белковые комплексы (ПЕК)» содержание нативные фор*» хлорофилла. Наличие у пурпурных бактерий только одного хлорофилла, называемого бактериохлорофиллом <БХЯ) ,&.ь или а, основные формы которых четко разделены, делает их удобными объектами для изучения молекулярной организации фотосинтез ирущего аппарата. Кроме того эти микроорганизмы, по всей видимости, близки к самым древни« фототронам и осуществляют фотосинтез так называемого алоксигенного типа, то есть без выделения кислорода. Их изучение поэтому весьма интересно и для познания эволюции фотосинтеза. В настоящее время из некоторых пурпурных бактерий выделены различные по размерам, составу и функциям ПВК. Среди них можно ^уделить следующие: светособирающие (ССК) 800-850, содержащие коротковолновые формы БХЛ 800 и 650; ССК 070, содержащие длинноволновые формы БХЛ 870-890; реакционные центры (РЦ); Б890, содержащие РЦ и ССК 670 (Garcia et ai.. 1966а,в 19о8а,в; Ерохин, Москаленко, 1969; Ерохин и др., 1974,б.в.; Drews, 1973; Прохоренко и др., 1978, I9ST; cogdeii,Thomb©r,i9i<*1980), Основная функция ССК -поглощение и передача энергии света на РЦ, которые являются эффективными преобразователями солнечной энергии в энергию разделенных зарядов.

Однако'данные относительно состава и структура выделенных ■ комплексов ограничены, а иногда и противоречивы и не дают полного представления об их молекулярной организации. Большой интерес представляет кроме того изучение перестроек в фотосинтазирующем % аппарате пурпурных бактерий в зависимости от внешних условий, прежде всего, интенсивности света как фактора, обеспечивающего фотосинтез.

Цели и задачи работа. Целью данной работы было исследование организации фотосинтезирующего аппарата пурпурных бактерий, а также изменений в нем в зависимости от освещенности. Б связи с этим были поставлены следующие задачи.

Сравнительное исследоЕание организации основных пигмент-белковых комплексов: ССК 800-850, ССК 870 и Б890, выделенных из

серных (Chromatium minutUslmum ) и НвСерНЫХ (Rhodopseudomonaa ■ раЛчеЙз и RbodoapirJHwin-Hnhn irn ) . дурцданыХ баКТврИЙ.

'И" " v " I I '

Ч, Исследование изменений в зависимости от интенсивности света В пигментной системе С, пыпиЫаиш И тгрл1и5(г|я цв урОВНО ЦС-лых клеток И выделенных ССЖ 800-650 и Б890.

Научная новизна. В результате проведенной работы выполнен детальный анализ ПЕК»* входящих в состав фотосинтез ирумцего аппарата с.т1лиИаБ1тип"1Ц ик.рыиыпа : ССКу600-850 и Б890, ССК 800-850 так же как Б890, выделенные из этих бактерий, похожи по организации.

Показано, что содер.кание БХЛ в ССК 800-050 зависит от интенсивности света, при которой растут культуры, но содержание белков в ннх при этом не меняется. Это указывает на йекоордияирован-шй синтез пигментов и белков, входящих 8 состав ССК* Содержанье БХЛ в комплексе £390, состоящех из РЦ и длшгноволновых свегособи-ратщих форм БХЛ 870-890, постоянно.

Практическая ценность работы. Полученные результаты могут быть использовали для развития исследований по выяснению молекулярной организации фотосинтезирующего аппарата разных организмов и при разработке методов управления продуктивностью фототрофных микроорганизмов, что имеет нспосредствеинцй выход в практику, а также для создания искусственник преобразователей солнечной энергии.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на Всесоюзной конференции "Итоги исследования механизм фотосинтеза" (Пущино, 1974, 1976); ЬЧучно-координационном совещании стран СЭЗ по теме 1-10,2 (Москва, 1975; Пущина, 1981)? на 16 Конференции СББО (Москва,,1984).

Публикации. По материалам ¿.иссертации опубликовано 12 работ.

Структура и объо:,; работы. Диссертация состоит из введения, двух глав литературного обзора, главч объектов и методов исследования, двух глав результатов и :цс обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литература. Работа содержит 172 страница машинописного текста, в том числе 39 рисунков и 15 таблиц. Список литературы вклпчает 252 наименования работ.

Объектм^и метогн исследований. Объектами исследований были пурпурные несерныз бактерии (ПЬ.р^изЫа отамм 1К, ата.ил АБ и н-пльгит цтамм к-0, а. также пурпурная серная бактерия с.(гш*ииая1«1шп }.э коллекции чистых культур кафедры Московского государственного университета. Дал выращивания К11.р&1иж1г15,1Ч.тЬгит . использовали среды с малатом (огиви^, 51лпь?г , 1956; Кэндратье-ва, 1963). с.гиг-.ииао1Л1ит выращивали на среде,' содержащей ацетат - _ и .сульфид или тиосульфат. (Кондратьеьа, 1963). Культивирование ■ -д";

бактерий проводили в периодических условиях в микробиологических матрацах емкостью 1,6 л в стерильных анаэробных условиях. Матрацы поме-дали о камеры, через которые прокачивали воду, t 28-30°С. В качестве источника света применяли биспиральную лампу накаливания ПН 1000 в I квт. Освещенность варьировали от 500 до 30000 лк, изменяя расстояние от источника света. Биомассу собирали из культур а экспоненциальной ч стационарной фазах роста.

Пигментсодержащие мембраны С.mlnutissIniuro И Ft.rubrum ВЫД6ЛЯЛИ из разруганных клеток дробным центрифугированием (Моекаленко,Еро-хин, 1974), Из Kh-paiusU-is мембраны получали по разработанной-нами методике: разрушенные с помощь» стеклянных микрошариков на модифицированном -вибраторе Новотного (15 мин., 8000 об/мин.) клетки подвергали дробному центрифугированию. Очистку препарате мембран проводили путем центрифугирования в ступенчатом градиенте плотности сахарозы (30-50&) при 4500 g» 3 часа.

ССН 800-850 И Б890 C.mlnutisslmum И Rh.palustris ВЫДвЛЯЛИ МеТОДОМ электрофореза в поли&криламидном геле (ПААГ)с помощью тритона X-100 и лаурилдиметилакинооксид* (ЛДАО) (Москаленко, Ерохин, 1974) и методом гель-фильтрации на колонках с сефароэой 6Б и биогеле A-I.5M. ССК 870 п,rubrum выделили методом центрифугирования в градиенте плотности сахарозы (0t6/I,2 М) поело обработки пмгмент-содерхащих мембран ЛДАО. Выделенные ПЕК очищали от избытка детергентов и других примесей на колонках с сефадексом Г-50 иди Г-25. Вес сухих образцов мембран и выделенных ПЕК определяли, доводя изместный объем образца до постоянного веса при 105°С.

Общее количество белка в клетках,пигментсодержащих мембранах И ПЕН определяли методом Лоури (bovwy et al., 1951), предварительно гидролизуи пигментированные образцы 0,5 н Каон при 100°С 7 мин., а также методом Брэдфорда с кумасси (Bradford , 1976) ; для отдельных проверочных определений использовали метод Къельдаля. Количество БХД и каротиноидов определяли спектофотометрически в ацетон-метаноЛОВЫХ экстрактах ( Cohen-Bazlre et at., 1957; Clayton, ^3963). Определение общего количества углеводов проводили колориметрическим методом С антроном (irwelyan, К er rt son, 1952), КоЛИчество липидов определяли весовым способом после' их трехкратной экстракции - смесью хлороформ-метанол (2:1}. Молекулярную массу (ШО ПЕК оценивали: электрофоретически в 5,7 и IQüt-ном ПААГ, содержащем 0,1% додецшгзульфат натрия (ДМ) (Weber-, оеьот ,> 1969); методом гель-фильтрации на колонках-с сеф&дексами Г-100, Г-200 и сефароэе 6Б в буфере, содержащем 0,35 Ц трис-нс1 (pH 7,6), 0,1 М .^NaCi и 0,Ii ДО! или О,ES тритона Х-100. М белков, составляющих.

комплексы, определялл методом электрофореза в линейном градиенте {10-2Ь% МАГ) и a 20^-ном ПААҐ с увеличении« вд;юс кодичест-üoü сюиваю^его агента. Количество повторно-теЯ при определении Ш ИШ л с оставляючих их белков от в до II. Для получениях результатов ВЫЧИСЛЯЛИ СреЯИЮЮ ¿фИфмеТИЧеСКуЕ) О^ІІЗбку. АміШОКИСЛОТ-состав CCIt 8G0-ÍS0 с.ЫнЫляг ¡mur.i усташшлиеали на анализаторе ВС-20 (фирмн"Ыо cqi",^fD одиоколрноч';ым методом на смоле "Амипекс-5" после 24-члсового гидролиза бэлкоб в 5,7 н неї при 1СЗ°С, ь-концерые аминокислоты белков ССК 8С0-ЙЬ0 C.minuUy.sImiiin определяли методом данеилпровалия fvw¡r,.>¡- et <•!.. 1972}.

Спектры поглощения пурпурных бактерий, рн де ленных 113 НИХ МСЯ-бран и ПЕК регистрировали на моли-^ігцированном спектрофотометре СФ-І4 в области от 400 до 900 им. Фотохимическую активность в клетках бактерий н комплексах Б890 оценивали по спектрам caeтс;;к Аудированных изменений поглощения на однолучевом дифференциальном спектрофотометре с чу в е г а і і тел ь но су ь п 2-3 х Ю-1 единиц ОГ1ТИ-ческоіі плотности в диапазоне ллш волн -100-1100 да. Количество РЦ в imx определяли из сватошідуціїровашінх изменений поглощения, при G30 нм и рассчитывали, используя коэффициент окстинкции Е = ГІЗ (sti-niey ct со,, J973). Содержание цигохромов в клетках

бактерий н комплексах Б390 определял« методом дифференциальной спектроскопия, используя аскорбзт натрия и дитиентіт з качестве восстановителей. Для электронной микроскопий клетки пурпурных бактерий фиксировали глутаровыч альдегидом и окисью осмия, обезвоживали и заливали в эпон. Срезы клеток окраииаали (Rey»ioids, ISG3) и просматривали в электронном микроскопе jem-ta при увели чении 20000.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...

І. Характеристика свойств комплексов S830 и ССК.

ССК 800-650, выполняющие функцию антенны, могут ссдержать до оС-70% общего БХЛ. В спектрах поглощения (рис; Г ) ССК 80Q-8S0 присутствуют две полосы поглощения в ближней ИН-облести при 800, 050 H.VI ( C.tfiimiíiseimunt )и S03 íf 657 ИМ ( ÍSIi.paluslriS ) . . ІЇОЛОЯЄ-1!ИЭ полосы поглощения при 850 нм и отношение л2(х/^650 в ЙЬО у c.rür-iiti6simitoi зависят от типа детергента, применяемого при выделении ПБ.Ч и его концентрации. В спектре поглощения ССК 300850 un.F¿ü4&tria АБ и жтшм IK таких изменения нв обнаружено. По-видимому, разное влияяне детергентов на еяектраяькыо характеристики ССК 300-850 c.mli'.uti-sitnur.i И сбуС-ловлслы р;з?кицэй в «илроозгружзнии. Отсутствиеизмзн&ний е сиект-4.

рах поглощения ССК 800-850 относительно пигмент с одержащих мембран и сохранение эффективного переноса энергии электронного возбуждения от каротиноидов к ВХЛ свидетельствуют о том, что пигменты в выделение комплексах сохраняет натиьное или близкое х нему состояние (Ерохин и др., 1974а).

л

1.3

0,5

л /г

,к Ч

у л

/I

/1 /л :

1

л

0.5

Ж I

Л

II 'I

\

ч

500

700

НМ

Рис Л. Спектры поглощения различных ПЕК пурпурных бштеркЛ:

1------ СОТ 000-850

2---- Е090

--- - ССШ70

Значения .'-У ССК 60С-650 « НЬ.р&ДиЕи-^, полу-

ченные- методом г ель-фильтрации на колонкам с се^тдексон Г-200 и сеАзроаоЯ 6Б в присутствия ЛСН, ссзлздает со значение«, лэлучен-при исг.ольэоэан^и крупнопористого 5Й-мого ПАЛГ и составляет 5С0С0д (табл.1).

Таблица Г

Молекулярные массы пигмент-бе лк о еш комплексов пурпурных бактерий

"етод определения

С. т1г. ПИе г! ти т

Hb.piilus.trls

Б390 !ССК 800-850 -(.

Бо90 1С« 300-850 4-

Г

1

I

3

1 4 1

З/гсктрз-Ьорез^с 0,1% ДСП ПАДГ

&

43900±1000 43600^700 .

1СЙ ПАДГ

204000 61300^1200

СЗ300^00 2020С0 еС9СО±ЭОО

I 12 1 3 14 J_ 5

Гель-Фильтрация с ДСП 200000 47600^1000 260000 57000*5000 тритоном Х-100 200000 105000*5000 260000

Запышепие №4 ССК 800-850 по сравнению с белками-маркерами при использовании 1С$-ного Iтелкопориетого ^1АЛГ, видимо, связано с различием их формы в присутствии ДСП. Такой метод определения применим для гидрофильных белков, тогда как в данном случае ана-- лизировались гидрофобные белки.

Сравните;л>ныл химический ^ЛаЛИЗ ССК 800-850 C.rrunutissimum и к л. palustris показал, что ах основными компонентами являются белки, лшшдц и пигменты (табл.2). Количество БХЯ и карогиноидок б ССК 800-850 почти вдвое оьпле чем в Б390. Содержание пигментов в ССК 800-8^0 С.mit«.rti£ яjmum несколько ВЬШе ПО СраВИеНИ» С Rh. palustris и, очевидно, связано с более высоки:! содержанием пигментов в мембранах у первого вида. Однако удельное содержите пигментов в расчете на белок приблизительно одинаково в ССК 800-S50 ИЗ обоих ВИДОВ. В CCIt 800-850 Rh.palustris содержание липидов поч- . ТИ В два раза вняв Чв!в У' C.iainutissimur.i . - , .

Данныо относительно полипептидного состава ССК.800-850 пурпурных бактерий противоречивы (ci«ytcin, ciayton ( 1972; Ерохин и др., 19743,в; Shiotawa et eil. ,1982). Использование различных методических приемов позволило установить, что в состав ССК 800-850 c.mio4tiasimum входит два полипептида с i&i 8SC0 и 200Од в молярном отношении 1:3, а у к h, palustris - полилептиды с ММ 6600 и ЗЗООд в отношении 1:2, Анализ суммарного препарааа обезжиренных белков ССК 800-850 c.minutissinium Обнаружил, присутствие двух N— концевых аминокислот - серииа и аланина. 'После разделения белков : этого комплекса препаратидным электрофорезом в 205-ном ПААГ оказалось, что N—концевой аминокислотой более тяжелого полкг.ептида является аланхи, а легкого - серия. Полипептиды, входящие в сос-. тав'ССК 800-850 с.minuüssimum существенно различаются по аминокислотному составу, особенно по содержания таких:аминокислот,■как пролин,."фенилаяанин, гистилпн, лизин и аргинин. Следует■ отметить : отсут^тзие в'них цистеима и.метионина. Оба белка содержат больтое коллче.1ТЕо(около 555) неполярних акинокислот. . Это характерно для' мембранных белков вообще и для полипептидов"" ССК из других видов пурпурных бартер Hi* (Huang, Kaplan, 1973; Fe iK, Drews, 1978). На л основании 4 литератур«1* л полученкга нами' данных. кокко' считать

Таблица 2

Химический состав пигкентсодержащих мембран и пигмонт-белковых -- комплексов пурлуркшгбактерий (в % от веса'сухих образцов).

С./пітдІіьеітшії | КЬ.рлІи(-.Ігіа 1 П.гиЬпдм

\ 1 ПСМ* | Б990 { л ССК I пг.* 1 800-850 ( { СОЙГ1 Ї ССК Г 800-850 |псм* { ШС 870

Белок 73*0 64,0 60,0 63,0 64,0 55,0 64,0 69,0

Лгашды + пигменты 26,0 30,0 25,0 28,0 32,0 47,0 кг олр. не опр.

Ш 4,9 3,0 5,0 3,2 2,2 4,1 3,0 4,0

Каротиноиды 1,5 0,7 1,6 • 1,0 1,0 1,4 Г,2 2,3

Углеводы 3,5 0.6 0.9 • 4,6 3,0 4,0 не опр. не опр.

Ш/белок, Ш/иг 72,0 43,3 81,5 51,4 37,6 74,7 56,9 70,Г

Карот,/белок, нЦ/мг 36,2 19,7 47,6 ■ 24,2 -28,0 45,6 ■ 39,5 6Е,8

ПСМ - пигментеодержащие мембраны,' ' ■ Представлены средние данные из пяти независимых определений; относительная ошибка в пределах %,

доказанным, что для организации ССК 600-350 необходима два полк-пептида. Сообщения о наличии только одного полипептида icieyion, ciuytor., 1972; Simor, Auatin, 1978) в составе ССК 600-850 ккерлоо-roici<fs япляются, по-видимому, результатом методического несовершенства в разделении пол tinептидов с помощью крупнопористого ПЛАТ, обладающего низкой разреыачщей способность».

На основании наших данных о комплексов, их химического и полипептидного составов, а также спектроскопии было рассчитало, ЧТО наименьшая субъединица ССК 800-850 C.inir.titissimum содержит две молекулы белка с ММ ШООд и шесть молекул с ММ 29С0я, ке мо-нее трех молекул БХЛ и одной молекулы "саротиноида. В ССК 800-850 Rh.p»K»£tria входят две молекулы белка с М.М 6600д, четыре - с Xf 3300л, три молекулы БХЛ и одна молекула керотиноида, На основании полученных данных нельзя считать, что один полипептид несет пару молекул БХЛ 050. Не исключено также, что отдельные субъединицы ССК содержат разные молекулы каротиноидов. Результаты сравнительного анализа (спектров поглощения, размеров комплексов, состава белков и относительного содержания пигментов) CCIC 800-650» выде- ■* ленных ИЗ пурпурных серных ( C.t-iLnuUs^iniuri ) И Нес epi ГЫХ (RH FiJus tri£. ) бактерий свидетельствуют о значительном сходстве в их молекулярной организации.

Несмотря на это, нельзя считать их полностью идентичными. Эхо ' проявляется, в частности, в ратной "устойчивости комплексов к действии пронязы и тритона Х-100. Под действием тритона Х-100 ССК C.mtr.utisstmum Изменяет CbOD КОН$ЭрмациЮ, ТОГДа Ках На ССК Rh.pa-lustr's тритон Х-100 не влияет. ССК C.rOnutisainum уСТОЙЧИВЫ К ВОЭ-действию проназы, а ССК 800-850 RKpsoustrts подвергается воздействию этого фермента. Литературные данные такие указывают на различие S организации ССК 800-850 C-tninutlsslmum \и RhupsJustris -(Абдурахманов, 1980; Могйд et ai,, 1981). Все это свидет зльствует * о.том, что ориентация молекул БХЛ и их взаимодействие друг с другом И С микроокружением В ССК 800-850 C.mi,iutia»imum и RKpalustrls отличаются. .■ \

ССК 870, в спектрах которых наблюдается одна полоса поглощения БХЛ при 870-890 нм (в завис юл ости от вида.), присутствуют в фпосич-тезирущем аппарате всех пурпурных бактерий, a y Raubrum является единственным типом ССК (рис.1). 3 связи с тем, что ССК 870 расположены в мембране в тесной близости с ГЦ, ' это долгое , время ^'г1 затрудняло выделение* их в чистом виде. Кроме того, они очень нестабильны. В отличие от ССК 800-850 и Б890. c.mimHis-

ССК 870 R.rubrun очень. неустойчивы к деЛстви»: адтерген-TOd. ■ Поэтому мы ке смогли определить его Ш в присутствии ДОН. В ■

пр:ісутст£ии же 0, ІЗС-ного тритона Х-ІОО ОСК 870 и.тьгит находил- | ся в агрегированном состоянии и ММ комплекса составляла 480С00д. ССК 870 к.гиьгит по своему химическому составу похож на другие типы Ї1БК (табл.2). В нем присутствует два полипептида с ММ 9300 и 5400д в соотношении 1:3. Комплексы БЭ90 с.тіг.иііа*ітит и пь.рвшз-Ыг, составной частью которых является и ССК Й70, также содержат по два полглептида (МУ 0600 и ТбООд; 9900 и 8100д, соответственно), относящихся х ССК 870. Полученные нами данные недавно были подтверждена (Соєсіеіі еі аи, 1933). Авторы покачали, что ранее при выделении белков ССК 870 РигиЫит хлороформ-метанольным методом один полипептид был утерян изчза его плохой растворимости в этой смеси растворителей.

Комплекси Б890, в отличие от ССК 870, в ближней ИК-области имеят две полосы поглощения - небольшую по величине поглощения при 800 НМ И основную при 890 НМ у С.тІтШьвІтит И 374 нм у КЬ. раім5.ігі5 (рис.1). Значения ИМ комплексов Б890 варьируют в пределах гООООО-ЗООООСд (табл.1). Это в 2-3 раза меньше, чем сообща^ лось в литературе (наїаеу, Вуегє. 1975). По-видимому, полученные указанными авторами значения ММ относятся к дчмерам комплексов, которые образуется в присутствии неионного детергента тритона X-100. Комплексы Б890 весьма близки по химическому составу, эа исключением ТОГО, ЧТО удельное содержание БХЯ В В890 С.гЦг.циаіІтипі ВвПее (табл.2). В составе Б890 С.тІгНАНїЗІтигії входит не менее 8 белков, а - 5 (табл.3). Кроме триады белков РЦ и

двух низкомолекулярных полипептидов,- связанных со "светофокуси-рующкм" БХЛ, Б890 с.тігншззітит содержат цитохромы с-типа: *низ-копотенциальный цитохром С552 и высокопотенциальный цитохром с555* ® Е890 кн.р&іи5ігіа цитохвомы не обнаружены. Это, по-видимому, обусловлено непрочностью связи щггохромов с РЦ.. „

... ^ Таблица 3

- - Значения молекулярных- масспо липепт и довкомшіекс ов ■■_.■. 6890 пурпурных- бактерий. ;

Номера белковых ЗОН { С.п1гиЛІ8*Іглига | ЯЬ,рЫив1г1з

'■"■■■ I 5І300ІІ000 "'.;

' " 2 . , • ' 46600І900 .

3 • 29900;700 28500±400

.4 - .V. 25800*800 24100і700 ■

- - ; 21400*500 20800±300

. б - •. • 11900*300 ' 9900-100

.. -.7.у" " , . 9600*200 . ' 8100*200

•.:.;„ в:,- --С : > ; ' : 7600*100- .. : ■ .

2. Изменения в фотосинтезируюкем аппарате пурпурных бактерий в зависимости ст интенсивности света.

Известно, что соцертание ВХЛ в клетках пурпурных бактерий находится в обратной зависимости от интенсивности света, при которой растут культуры (Gobei, 1978), Выполненные нами исследования

на C.ninutissinnim И Rh. palustris ПОДТВерДКЛИ, ЧТО ИНТеНСИВНОСТЬ света определяет скорости роста пурпурных бактерий, синтез белков и пигментов. Более высокая скорость роста клеток наблюдается при высоких интенсивностях света (30000 лк). При этом размеры клеток больше и содержат больше белка по сравнений с клетками , этих ке видов, выращенных в условиях слабой освещенности (500 лк). i Влияние освещенности ка содержание БХЛ и каротиноиаов а клетках пурпурных бактерий зависит от их видовых особенностей Содержание пигментов у c.mifiulisslmum В ОТЛИЧИВ ОТ Rh.palustris в расчете На мл культуры и на клетку в условиях сильного освещения не уменьшилось, а даже узеличилосъ. У обоих видов пурпурных бактерий со^ер-жачие БХЛ в расчете на белок находилось в обратной зависимости от интенсивности света. Однако у c.minuüsaimuir. зависимость содержания БХЛ ОТ освещенности выражена менее четко, чем у Шч. palustris у C.Kiimiüseimiiin к Rh.pdlustris ШТаММ IK СПеКТрЫ ПОГЛОЩенИЯ В КС-области идентичны, независимо от условий освещения. У R ^palustris итаюо АБ обнаружены четко выраженные изменения в ИХ - области спектров поглощения при разном освещении. При высокой интенсивности света в спектрах поглощения преобладает БХЛ 850. Отмечены также незначительные изменения в положении полос поглощения В ИК - области. В клетках обоих штаммов «Яh.palustris отмечено изменение в соотношении БХЯ/к&ротиноиды (М/Ы), причем оно высе в клетках, выросших при слабом освещении (табл.4). Размер фотосинтетических единиц (£СЕ), -содержание БХЛ, РЦ, пигментсодержа^цих мембран в расчете на клетку Rh.p&iusMb выше в условиях слабого освещения (табл.4). Это является, видимо, ответной реакцией со ■ стороны фотосинтезирующего аппарата, направленного на более эф- -фехтивное использование клетками энергии света. Количество РЦ у c.i-iinutissimuro одинаково, независимо от условий освещения. Содержание БХЛ В расчете на клетку С.mlnutiss Lmum 3 ОТЛИЧИЙ ОТ Rh,pa- . lustrfs в условиях высокого освещения увеличивалось, размер ФСЕ возрастал.

При изменении условий освещения в экспоненциальной и стацио- v'T нарной фазах роста культур внесение экзогенных субстратов у кле- ^ ток Rh.palustris усиливало отвэтнув реакцию на освещенность, особен-

но а экспоненциальной фазе роста. В стационарной фазе роста,когда количество клеток п культура очень высокое, это не столь заметно. Поліченим«! данные с в и дат сльствуыт о том, что пигментная система пурпурных бактерий представляет собой динамическую систему, способную к адаптации к условиям освещенности.

Для того, чтобы выяснить, какио формы БХЛ наиболег чувствительны к освещению, влияние•интснсчзности света на содержание пигментов бнло изучено но только на уросне целых клеток пурпур-кігх бактзрий, но и на выделенных из них мембранах и ПБК. Спектры поглощения мембран полностью соответствуют спектрам поглощения интактктхх клеток. Содержание пигментов в мембранах пурпурных бактерий находится в обратной зависимости от интенсивности света, при которой растут культуры (табл.5), тогда как б содержании РЦ в расчете на белок мембран отмечены их видовые особенности. В отличие ОТ іги.р^иьігіз у С.тІпиШівітиет НОЛИЧЄСТВО РЦ ОСТавалось практически постолннуім (табл.4), независимо от освещенности.

Таблиц*. 5

Удельное содержание бэктерпохлорофилла (БХЯ)/белок, нМ/мг) в мембранах и ПЕК пурпурных бактерий в зависимости от освещенности (лк). ■

Г 1 500 зсооо

{экспокон. {стационар, j фаза j фаза экспсиен. фаза j стационар j фаза

С. minu mu л мамбраны ССІІ 3C0-G5O Б390 46,5 70,5 42^9 7Я,2 81 5 43 ;з 18, а 43 3 36,6 31,7 60ІІ 39

H, р&lustris мвмбсакы ССІІ ВСО-850 Б890 38,7 " . 50,9 32 3 51,4 77;3 32 9 10,4 27,4 31,6 ¿8,5 ' 30,8

Однако в составе низкомолекулярных полипептидов пигментсодержа-щйх ме:.:бран указанных, фототрофных микроорганизмов, выращенных при различном освещении и езятых в разных фазах роста,- не обнаружено каких-либо различий. Литературные данные по влияния освещенности на ерган^зации ПБК (suirom, 1978; H*»>&shi etai, 1932) единичны. Исследование Нами KOMIlieKCOB £890 C.r-iirmtisBlmur.i к Rli.pe.-luatris показало, что их спектры" поглощения в Ш-области идентичны, .содержание БХ£.-'И отноше! .иэ РЦ:БХЛ 870 постоянны и не зависят

' Таблица 4

Содержание компонентов фот ос интезирущего аппарата у пурпурных .........."бактерий'в зависимости^от освещенностичлк;.~ •■

! ' Rn,palustris . ' ■ ! C.mlnutisElmum

г------———и—.—:—~-:-.

!экспоненц, фаза t Стационар. фаэа!эншоненц. фаза t стационар, фаза

j 500 | 30000 | £00 | 300С0 | 500 I 30000 ! 1 1 ЪОО | 3X00

й 4HWIO клеток X 10 /ил 5,1 5,9 12,2 15,8 0,7 1,9 3,3 2,4

Кол-во ьадзкул 9,4 - 2,0 ,39,3 24,0 23,8

БХЕ х 1С3/кл . 2,8 15,2 41,7

Кол-во РЦ х 103/гл 67,7 33,0 34,9 41,5 290,6- 282,8 235,3 г?5,8

Ш СБХЛ сбщ./Щ) " 139,1 72,6 179,5 47,7 135,2 84,9 122,2 164,5

ЕХЛ/карот., IШ ' 1,5 1,0 1,5 1,0 1,2 1,2 1,2 ."1.2

Иигмеятсодержащие

меибраш:

РЦ/белок, нМ/мг 0,23 0,11 0,22 0.12 0,23 0,2 0,22

БХД/белоя, нМ/мг 36,5 - 14,5 ■ 49,2 ¿1,5 36,5 62,2 47,1

.Карот./белок, нМ/иг 27,7 • 8,6 - 29,7 - J0,0 25,4 36,2 27,4

от условий ослечения по ьрсмя рост» культур (табл.5), ГЇОЛИПЄП-ткдккс cocîami тг;;«в пнялогнчнн it не зависят от Оспсщоппостя.Это соотЕстстеует ядшл/м по постоянстііу аминокислотного состава комг лєксоз КіОО »з ялоток i;>t.fwUu4.irb, иыргя-;оии«х при различном ос-ведении (Нчу^Лц <л aL, X3t3ü) . 'ГаКіІЇ.1 образом, полученные JUlHt№. свядйтельруйт о том, что удагш-ясы БвОО пурпурны* бактерий,

дл«ниоволни!;«<ї с ft от « с q í .'.р ít №диє íjiopmu БХЛ н ГЦ, имеют стабильно"» структуру, генетически лстермннирозяннуя. и не прояв-R.TÛV нккакизс изменений с отйєт ла и.экен5иие г условиях освещения.

Сравнительный анадіз ССК 600-650 пурпурних блктериЯ показывает, что <*? вил-'і сояертэтмиа БХЛ в к их обратно пропорциоизль-

нэ ;:и?снсіії;ност!і сгпта, ітр;і которой растут культуры. Эта зависимость зцраяена о^е со.ч^о отчетливо, чем в мембранах или клетках пурпурных бакт^ркл (тг.бл,5), Полкпянтияшй состав ССК ¿00-850 остается постоянным, нч зависаю от содержания в них БХЛ и вида пурпурній: бактерий, ССК tiCO-УоО с различным содсрхіанисм БХЛ имели одинаковую подвижность на рпіщеп.кїшои геле. Ото указывает на • большое сходство «X форт-і, л'Л « структуры. Б спектрах поглощения ССК 800-850 Riupeu-.stris lîtîu.c.î Tri и c.ir.ira'tb-bír.ium с различал содержанием с них БХЛ отмочена лчюь !:<=-значитолы;ие азиг/нсиял » кнген-сивностн палое поглощения в К1{-обл".сти. Яо й видел en: их аналогичным способом ССК tíCG-850 Rii.patebtria ИТЕШ.І АБ с различию* содср\«л--ниеи БХЙ отмечены значительные изменения л ИК-обдастя (рис,2). Для ССК 80Û-S50 «H,pei«btri5 а-дам АБ с низким сояер>г-&Ш!Ш БХЛ характерно высокое содержанка БХЛ 850. Эти данные указывают на то, что изменение соотношения БХЯ:белок fM/мг) d ССК 000-350 изучен-»1« нам;» яидоэ пурпурных бактерий определяется содержанием г них БХЛ. Содержание форм БХЛ 8С0 и БХЛ 850 зависит от вида и даже Втаыма. У C.irufutissimurn и RH.ГOlusfis штамм ЇК эти изменения, как И у Rft.apl4agt<aitfe6 (siS-trom, Ï9?â), КООрДИНИрОВаНЫ. 1ІОСЛЄДНЄЄ

Рис.Я, Спэктш поглощения cet аоо-гоо

R h.paluslris літами АБ в зависимости от освещенности (лн)' I-- 500^

г----ЗСОСО

проявляется б аойолыю постоянном соотношении интенсивности полос поглощения БХ1 600 к 850. У Ита.чм АБ изменения

13.

содержания форм БХЛ 600 и БХД 050 ъекоординироюшщ. Это проявляется в увеличении интенсивности поглощения формы БХЛ 850 в условиях высокой освещенности. Возможно, при высокой интенсивности света часть полипептидов ССК 800-850 остается не связанной с пигментом* В пользу такого предположения указывают данные, согласно которым у Rh-capsuiatti штамм несмотря на от-

сутствие БХЛ 800 и БХЛ 850, имеются полипептиды с Л'і ОООО и ІООООд» относящиеся к ССК 800-850 {£>r*vis et . Полученные

иами данные показывают, что СИ 600-850 являются наиболее вариабельной частью фотосинтезирующего аппарата пурпурных бактерий. Поэтому «х нельзя рассматривать как структурную единицу постоян-^ ного состава, 4

вывода

1. Из пигментсодержащих мембран фототрофных пурпурных бактерий ChromaUum mlroitiseimujn, Rhodopseudomot'Kis palL£tri£ И RhodospirJ— lum rubrum выделены три типа пигмент-белковых комплексов; СВЄТ0-собирающий 800-350, которой выполняет только функцию антенны; светосибиращий 670, осуществляющий также передачу энергии электронного возбуждения на реакционные центри; Б890 - содержащий реакционные центри и светособираящие комплексы 870.

2. В ССК 800-S50 C.ninutibsimum и Rhupaluetris ЩІИСутСТВуЮГ две формы бактериохлорофилла 800 и 850, два низкомолекулярных полипептида: с молекулярной массой 2900 и 8900д (в молярном отношении 3:1) В ССКС.тіпиііваіетмпі » 3300 и ббООд (в отношении 2:1) в CCEt Rh.pai«sti4s не менее трех молекул бактериохлорофилла и одной молекулы каротивоидов. Молекулярная масса комплексов составляет около 50000д.

3. В ССК 870 r.rubrum имеется одна форма бактериохлорофилла 835. В его состав входят два низкомолекулярных полипептида с молекулярной массой 6400 и 9300д, две молекулы бактериохлорофилла и одна молекула каротиноида (спириллоксантина).

4. В комплексах Б890, выделенных ИЗ C.mlnutisslmumH Rh.palustris, присутствуют.две формы бактериохлорофилла 800 и 890*.8 их состав входят триада белков реакционного центра, два низкомолекулярных полтептида, относящихся к светособирающим комплексам 870, а в случае c.TOinvuteeimw.» . - и дополнительные полипептиды, обусловленные наличием цитохромов о-типа.

5.- Разызр фотосинтегтичесхих единиц, содержание бактериохлорофилла, реакционных центров и пигмент содержащих мембран в расчете на клетку Rh-palustris ВЫВв В УСЛОВИЯХ Слабого освещения. У C.minu tiasintum количество реакционных центров на клетку не зависит от

интенсивности света, а размер фотосинтетических единиц увеличивается с повышением интенсивности света, при которой растут культуры.

6. Содор^лние бактериохлорофилла в светособираэдих комплексах СОО-8ЕО пурпурных бактерий находится в обратной зависимости от интенсивности света, при которой расту? культуры. Соотношение форм ВХЛ 800 Я БХЛ 850 У С.пШчиьгТтит И штамм 1К является постоянным, а у Rb.piiii-ts.tru. ст&мм АЕ изменяется в зависимости от освещенности. Строгой корреляции о содержании белков и пигментов ССХ 800-850 гурпурных бактерий нет.

7. Содержание бактериохлорофилла в комплексе Б890 с.пЬиЦяа^ит и постоянно и не зависит от условий освещенности.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

I. '¿ахнева З.К. Влияние интенсивности света яа накопление бак-

2. Зрохкн Ü.E., Чугунов P.A., I'оскаленко A.A.. Лемина Л.П..

3. Ерохин D.E., Москаленко A.A., Лемина Л.П., иіахнева З.К. Состояние бактерисхлорофилла к организация пигментной систеш пургтурных бактерий. - В кн.; Хлорофилл, Шнек, 1974, с.242-240.

4. Erekhlr. Ju.E., Моька1оп:;о A.A., Chuguriov V.A., Mokfmeva Z.K. Molecular oraaniZfitlon oi baetc-rio Chlorophyll-Lipoprotein со mplt-xes front purple ¡^hotosyritliciic Ьосіс-гігі. — In: Simposium pJümtnt-protein coKpIexes in photosynttiecis, Poznan, 1974, p.1.0—11.

5. Ерохин D.E., Чугунов В.А., Москаленко A.A., Ганаго А.О., Махнева З.К. Молекулярная организация светособираюцих комплексod пурпурных бактерий. - В сб.: Научно- координационное совещание стран СЭЗ по теме I-I8.2. Москва, 1975, с.24-25.

6. Ерохин D.E.■ Москаленко A.A., Чугуноэ В.А,, Махнева З.К,, Демина Л.П», Агрикова И, ¡-f., Ганаго A.D. Организация пигментной системы простейших фотосинтезирукізих организмов. - Тезисы докладов, представленных ХП Межд. бот. конгр., Ленинград, 197Ъ, т.2, сЛ24.

7. Ерохин Ю. Е., Чугунов В.А., Москаленко A.A., Махнева З.К,, Агрикова И.М..Молекулярная организация пигментной системы фото-сігктезисуїкцих бактерий. - В сб.: Итоги исследования механизма фо-тссинтезаТПущино, ОНТИ ІГ4БЛ АН СССР, 1976, с.12-15.

8. Ерохин D.E., Чугунов В.А., Уахнева З.К,.Агрикова И.М.,111ан-туроэа г.З. Сравнительное исследование сэетосабираедих комплексов щ-рпурных фотосинтезирушкх бактерий Chro^tiutc ^inuUESimum^ И R^aopseudorr^nas pal--Биохимия, Ї977, т.42, № 10, с. 1817-1824.

■ o.EpoxifH D.S., Чугуноэ S.A., Нахнева З.К., Агрикова И.У., Шан-турова Т.В..Сравнительное изучение молекулярной организации светособираюцих комплексов Chrorr.atium mir.uüsslmum Е RbodopseudomonM ^ - Докл. АН СССР, 1977, т.234, » 3, с .709-712. •

10. Крохи« Ю.8., Чугуноь Б.А., Мяхнепа З.д., Лгргкоаа , Насильов В.Г. Сравнительное яоеледогшшо пигмент-липипсот^нно-»ых комплексов E39Ö «э сершх (<-.i>r<.>>.4iur,i mir.iuí.^mw.-. )• „ ^серных (Rj-Hjaoiiseutictuoniis ¡j^iutXií,--. ) riypiiyptrKX 'Joro синтез;* ру -,с;ях бактерий. - Биохимия, I9?ü, т.43, & 4,

11. Уахнева З.К., Ерохк» EJ.ÍJ. Влияние iíHTcnc;tr¡-;o¿r;i спетг\ iirs организации сзетосооиращего комплекса

Тезисы докладов симпозиума стр-^н СЭВ "Послелог^!!;!* орогенеза, структуры к функции фотосиктптачаского /шпаратл в с вяз к с преобразованием солнечной энергии", Иулдно, c.37-3d.

12. EpoXict D.S., Моекалснко A.A., Абд'/рлхманов И.А., Прохоренко K.P., Махнева З.К. Организация фото с-.ште? ноского аппарата пурпурных бактерий. - Тезисы докладов 1б~оЙ конференции -í¿B0, Москва, I9Ö4, с.249.

Л-65193 15.II.84 г. Sag.58I6P Tgp. XS5 экз. '; I.Q тч.-иаи.)

Отпечатав на ротапринте в ОНТИ щти i

/