Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

ления макромолекулярных синтезов у М. radiodurans проявляется белковый компонент, а спектры действия инактивации синтеза по-лифенилаланина рибосомами in vitro имеют как нуклеиновый (260 нм), так и белковый (280 нм) максимумы.

Обычно фоточувствительность синтеза ДНК у микроорганизмов (штаммы Е. coli), определяемая по дозам облучения, выше, чем фоточувствительность синтеза РНК и белка.

В зависимости от видовой принадлежности и физиологического состояния биологических объектов взаимоотношения между скоростью подавления синтезов РНК и белка могут быть различными, причем чаще всего более чувствителен синтез РНК. Фоточувствительность биосинтезов различных видов РНК возрастает в ряду т-РНК—и-РНК—р-РНК. Известно также, что рибосо-мальная РНК 23S более чувствительна, чем 16S или 4S.

В свою очередь синтез различных ферментов в клетке одного и того же микроорганизма и идентичных ферментов в разных микроорганизмах подавляется с неодинаковой эффективностью. Например, индукционный синтез ферментов подавляется раньше, чем суммарный синтез белков.

Синтез ДНК и белка инги-бируется по одноударному, РНК — по двухударному механизму, что может быть объяснено необходимостью повреждения двух участков ДНК для прекращения транскрипции.

В 1964 г. Сетлоу предположил, что ДНК-полимераза останавливается в ходе синтеза дочерней комплементарной цепи около каждого пиримиди-нового димера. Это предположение косвенно ^подтверждается данными Раппа и Ховард-Фландерса, обнаружившими на штамме Е. coli К-12 uvr А6, лишенном ферментов темновой репарации, параллелизм между числом димеров и уменьшением скорости синтеза ДНК, что позволило оценить время задержки ДНК-полимер азы у каждого димера в 10 с. В облученных клетках синтезируется не целая ДНК, а ее укороченные фрагменты, длина которых коррелирует со средним расстоянием между димерами в цепи материнской ДНК. Такая же фрагментация характерна и для синтеза и-РНК и р-РНК у Е. coli Вь В/г и Bs_i. Фрагментация РНК обусловлена отрывом РНК-полимеразы от матрицы в димерсодержа-щих участках.

Аналогичным образом облучение влияет на синтез белка. Обнаруживаются укороченные полипептидные цепи белков и возникают изменения общего заряда макромолекулы и ее конформации. Это следует, например, из данных о способности фрагментов полипептидной цепи диссоциировать при более низких концентрациях соли, чем обычный белок. Подчеркнем, что фрагментация белка отражает фрагментацию и-РНК.

Общее торможение синтеза белка приписывается замедлению синтеза и-РНК и белка рибосомами вследствие потери терминальных кодонов и-РНК при фрагментации. Это затрудняет своевременный отрыв рибосомы с полипептидной цепью от матрицы. Торможение синтеза белка может быть обусловлено также задержкой синтеза рибосом. Характерно, что при малых дозах (десятки Дж/м2) преобладает «рибосомальный», а при больших (сотни Дж/м2) —матричный (и-РНК) эффекты подавления.

Большие дозы облучения, приводящие к накоплению фотопродуктов в самой и-РНК, приостанавливают трансляцию у каждого места повреждения, о чем говорит прогрессирующее по градиенту уменьшение скорости синтеза различных белков полицистронного гена по мере удаления от оператора. Подобная ситуация отмечена для gal- и lac-оперонов Е. coll.

К сожалению, на вопрос первостепенной важности, подавление какого макромолекулярного синтеза приводит к гибели или ингибированию деления клеток, еще ответить нельзя. Основной причиной создавшейся неопределенности являются трудности методического характера. Во всех работах анализируются биосинтезы не определенных видов макромолекул ДНК, РНК и белка, а их совокупность («вал»). Вместе с тем хорошо известно, что Прекращение синтеза лишь одного ключевого белка (при продолжении всех остальных биосинтезов) может привести к гибели или подавлению деления клеток. Интерпретация данных по ингибированию УФ-лучами синтеза ДНК затруднена также вследствие гетерогенности клеток в культуре. При этом гетерогенность популяции увеличивается в ходе облучения. Именно поэтому Смит и Хэнеуолт условно разделили клетки по их ответу на облучение на три класса: 1) образующие колонии и синтезирующие ДНК (эффективная репарация); 2) не образующие колонии, но синтезирующие ДНК; 3) не образующие колонии и не синтезирующие ДНК.

Ярким примером отсутствия прямой связи между подавлением клеточного деления и синтезом ДНК (равно, как и других макромолекул) могут служить некоторые штаммы Е. coli, у которых облучение ингибирует деление клеток, но существенно не влияет на все макромолеку-лярные синтезы. При этом возникают длинные (до 1 мм) аномальные полиплоидные клетки-филаменты, содержащие большое количество ядроподобных структур нуклео-идов. Способность образовывать филаменты свойственна штаммам бактерий, которые содержат гены Ш+ (локализованный между try и gal) и Ion (локализованный между gal и lac). Спектр действия филаментообразования имеет нуклеиновый характер, а сам эффект вызывается малыми дозами облучения. Характерно, что УФ-облучение в этом случае, существенно не тормозя синтеза ДНК, РНК, белков и биомассы клеток, препятствует клеточному делению — образованию мембранных перегородок в филаменте. Причиной филаментообразования являются, по-видимому, димеры пиримидиновых оснований, о чем свидетельствует способность видимого света частично снимать эффект (фотореактивация). По данным Виткин, за филаментообразоваиие ответственно повреждение гена-регулятора, что приводит к прекращению синтеза репрессора, блокирующего оперон В, причем снятие блока (индукция оперона) запускает синтез белка — ингибитора митозов.

Рекомендуемая литература

Смит К, Хэиеуолт Ф. Молекулярная фотобиология. Процессы инактивации и восстановления, М., 1972.

Brunschede Н., Bremer Н. Protein synthesis in Е. coli after irradiation with UV-light.— J. Molec. Biol., 1969, 41, 25.

H a n a w a 11 P., S e 11 о w R. Effect of monochromatic UV-light on macromolecular synthesis in E, colL— Biochim. et biophys. acta, 1960, 41, 283.

Michalke H., Bremer H. RNA synthesis in E. coli after irradiation with UV-light.— J. Molec. Biol, 1969, 41, 1.

Rapp W., Howard-Flanders P. Discontinuities in the DNA synthesized in excision defective strain of E. coli following UV-irradia-tion.— J. Molec. Biol., 1968, 31, 291.

Глава XVII. РЕПАРАЦИЯ ФОТОПОВРЕЖДЕНИИ

В КЛЕТКЕ

Вследствие чрезвычайно важной роли генетического аппарата в ходе эволюционного развития в клетке выработались и наследственно закрепились специальные механизмы, направленные на устранение летальных и мутационных повреждений ДНК, вызванных различными внешними или внутренними физическими и химическими факторами, в том числе и ультрафиолетовой радиацией. Естественно, что эффективность работы этих механизмов определяет фоточувствительность клеток и организмов.

Из изученных к настоящему времени механизмов восстановления генетических структур будут рассмотрены только те, эффективность которых контролируется самой клеткой. Это фотореактивацня, фотопротекция и темно-вая репарация. Меньшее значение имеют такие процессы, как спонтанный распад фотопродуктов, прямое фоторасщепление пиримидиновых димеров и другие.

1. ФОТОРЕАКТИВАЦИЯ

Открытое И. Ф. Ковалевым и Кельнером явление фотореактивации заключается в снижении эффективности действия ультрафиолетовых лучей при пострадиационном облучении клеток видимым светом. Фотореактивация описана у вирусов (в клетке хозяина), бактерий, грибов, водорослей, клеток растений и животных, т. е. практически у всех биологических объектов.

Описано три типа фотореактивации. Наиболее изучена и универсальна фото реактивация I, осуществляющаяся по одноударному механизму с высоким квантовым выходом (Ю-1—1). Зависимость скорости фотореактива-цин от интенсивности видимого света описывается кривой Михаэлиса — Ментена, характерной для зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. Скорость фотореактивации увеличивается также с повышением температуры. Фотореактивация наблюдается не только в клетках, но и при добавлении к поврежденным структурам экстрактов из дрожжей или Е. coli. Оказалось, например, что экстракты из дрожжей усиливают фотореактивацию самых различных клеток и вызывают элиминацию повреждений у вирусов и трансформирующей ДНК in vitro. По данным Сетлоу, у трансформирующей ДНК в растворе фотореактивируется около 90% биологически активных повреждений.

Максимум спектра действия фотореактивации I варьирует от 385 нм у дрожжей до 436 нм у Streptomyces griseus.

В 1958 г. Рупертом был выделен из дрожжей, а в 1966 г. Мухамедом очищен так называемый фотореакти-вирующий энзим, получивший в последние годы назва* ние фотолиазы. Однако самый тщательный анализ не выявил в его составе компонентов, которые по своим абсорбционным свойствам могли бы формировать спектр действия фотореактивации. Спектр поглощения комплекса энзим — облученная ДНК также сильно отличался от всех зарегистрированных спектров действия фотореактивации.

Немного позднее Сайто и Вербин выделили и очистили фотореактивирующий энзим из водоросли Anacystis пи-dulans. Его молекулярный вес составлял 93 ООО, а в спектре поглощения обнаруживался длинноволновый максимум при 418 нм, не совпадающий с максимумом 436 нм в спектре действия фотореактивации.

Несмотря на низкое содержание фотореактивирую-щего энзима в клетках (по подсчетам Харма на одну клетку приходится около 10 молекул энзима), американскому исследователю Уэбину удалось получить достаточные для физико-химического анализа количества фотолиазы. По его данным, в состав энзима входят две субъединицы, имеющие молекулярный вес 54 000—60 000 и 82 500. В отличие от дрожжевой фотолиазы энзим из Е. coli содержит только одну лолипептидную цепь с молекулярным весом 35 000. Однако, несмотря на высокую степень очистки, ни дрожжевая, ни фотолиаза из Е. coli не обнаруживали ощутимого поглощения в области 320— 450 нм.

Указанное противоречие — несовпадение спектров поглощения фотолиаз со спектром действия фотореактивации — разрешилось совсем недавно благодаря экспериментам Уэбина и Маддена, обнаруживших в дрож

страница 52
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.10.2019)