Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

изок к биполярному, а у быстро растущих становится днеперсивным.

115

15.4. Построение клеточной перегородки

В изучении механизмов регуляции данного этапа клеточного цикла важную роль сыграли специфические мутанты, особенно мутанты Escherichia coli и Bacillus subtilis, образующие миниклетки

-мутанты). Миниклетки возникают на полюсах нормальных клеток, имеют небольшие размеры и не содержат хромосомной ДНК. Однако у них нормальный аппарат транскрипции и трансляции, поэтому они могут быть использованы для изучения функционирования захваченных из материнской клетки плазмид, а также введенных извне искусственных генетических элементов, полученных методами генетической инженерии. Именно существование /шл-мутантов позволило сделать вывод, что сайт, ответственный за образование перегородки и локализующийся в процессе деления в экваториальной зоне клетки, сохраняется на полюсах дочерних клеток. В норме эти полярные сайты выключаются и могут функционировать наряду с вновь формирующимися экваториальными сайтами лишь у mm-мутантов.

В любой из клеток тш-мутанта одновременно существуют два функционально активных сайта построения перегородки, но в клеточном цикле срабатывает лишь один из них (рис. 44).

Старый сайт Ноаый сайт (полярный) (экваториальный)

Исходный сайт (экваториальный)

U<7

[

Мивн-клслса

га

Попарный сайт

- Днк | J

Экваториальный сайт

06а сайта

(Невозможно!)

Днк

Днк

Днк

Днк

Рис 44. Схема альтернативного выбора сайта построения клеточной перегородки

Оказалось невозможным образование одновременно трех клеток: двух нормальных и одной мини. Поэтому сделан вывод о существовании определенного компонента — активатора сборки клеточной перегородки. По-видимому, на протяжении клеточно-

116

го цикла образуется ограниченное количество (квант) этого активатора, достаточное для функционирования лишь одного сайта, и оно полностью расходуется в этом процессе.

Обнаружить существование такого кванта в нормальных клетках невозможно, так как количество квантов активатора и количество функционирующих сайтов у них совпадает, а у т/л-мутан-тов это количество превышает число квантов активатора.

15.5. Характер взаимосвязи процессов клеточного деления

Между процессом накопления критической массы клетки, репликацией ДНК и построением клеточной перегородки не обнаружено облигатно-реципрокной связи, при которой подавление одного из процессов тормозило бы другие и наоборот. Например, в случае Bacillus subtilis возможно построение перегородки и формирование клеток нормального размера после подавления репликации ДНК налидиксовой кислотой. В результате одна из дочерних клеток не содержит ДНК. Кстати, такие клетки (как и миниклетки), не содержащие ДНК, нечувствительны к пенициллину, вызывающему лизис только активно растущих клеток, поэтому данный антибиотик можно использовать для получения их чистой популяции без ДНК для дальнейших исследований.

Можно получить и обратную картину, если ингибировать построение клеточной перегородки низкими концентрациями пенициллина G (у Escherichia coli сайт построения перегородки более чувствителен к этому антибиотику, чем сайты, ответственные за пролиферацию клеточной стенки). Аналогично действует повышение температуры в случае некоторых й-мутантов. При этом рост клетки и репликация ДНК могут продолжаться, приводя к возникновению «многонуклеоидных» нитей (филамент), которые после удаления ингибитора фрагментируются на соответствующее число нормальных клеток.

Замечено, что клеточный цикл прокариот, таких как Escherichia coli, при росте на минеральной среде с глюкозой (время генерации около 60 мин.) можно подразделить на два основных периода. Они получили обозначения периодов Си D. Иногда в периоде D выделяют еще период Т— время от появления первых признаков клеточной перегородки (перетяжки) до завершения клеточного деления (рнс. 45а).

Период С в норме занимает около 40 мин., фактически представляя собой время полной репликации генома Escherichia coli, которое мало зависит от скорости роста (даже если время генерации

117

меньше 40 мин.). В последнем случае инициация нового цикла репликации ДНК происходит до завершения клеточного деления, и дочерние клетки получают уже частично реплицированную ДНК, так что к моменту деления репликация успевает завершиться.

Период D занимает около 20 мин. — между моментом завершения репликации и моментом окончательного формирования клеточной перегородки (вар. 1 на рис. 45а).

Для нормального протекания клеточного цикла необходимо, чтобы в период С происходила не только репликация ДНК, но и синтез белка и РНК, так как ингибиторы транскрипции (рифам-пицин) и трансляции (левомицетин), введенные в течение периода С, тормозят клеточное деление и увеличивают время генерации. Если же ввести эти ингибиторы на период, не превышающий 15 мин., деление клетки завершается вовремя (вар. 2 на рис. 45а). Очевидно, что минимальная длительность периода D может быть равна периоду Т, т. е. времени, необходимому для сборки перегородки. Эти выводы подтверждаются фактом, что данные ингибиторы, введенные в период D, не тормозят клеточное деление. Следовательно, предшественники, необходимые для построения клеточной перегородки, и другие белки, важные для завершения

^с-^D т

1) I-I-1—I

40 «ии 20 мии

j- ъ --т,

2) '-•—'

55 мии 5 мии

а)

Репликация ДНК

тт

Сегрегация ДНК

Т1

т

б)

Рнс 45. Основные периоды клеточного цикла Escherichia coll. Пояснения в тексте (по Mandelstam etal.1982) (а); правило «вето» для клеточного деления (6):

1 — после окончания репликации ДНК сегрегация не завершена, и клеточное деление «запрещено»; 2 — сегрегация ДНК завершена, построение перегородки и клеточное деление «разрешены»

118

деления клетки, синтезируются в период С и хранятся в резерве до начала сборки перегородки (что соответствует существующим представлениям о динамике пролиферации оболочки, приведенным в § 15.3).

Центральное место в проблеме регуляции клеточного деления занимает вопрос о природе сигнала, необходимого для запуска процесса сборки клеточной перегородки. Длительное время считалось, что этим сигналом является терминация репликации ДНК, однако рассмотренные нами свидетельства, указывающие на отсутствие облигатной связи между этими процессами, делают подобное заключение сомнительным.

Недавно установлено, что подавление сегрегации (расхождения) вновь синтезированных цепей ДНК, достигаемого в период D за счет сборки клеточной оболочки из предшественников, препятствует завершению клеточного цикла. Поэтому можно полагать, что для нормального построения клеточной перегородки от ДНК должен быть освобожден сайт, ответственный за сборку перегородки, локализованный в экваториальной части клетки и занятый ДНК сразу после завершения ее репликации (рис. 456). Отсюда вывод: регуляторное взаимодействие между репликацией ДНК и построением клеточной перегородки состоит в своеобразном правиле «вето» со стороны ДНК. Если нарушен процесс нормальной сегрегации реплицирова

страница 30
< 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

Скачать книгу "Основы энзимологии" (0.9Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2019)