Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Электронно-микроскопическое исследование ультратонких срезов хлоропластов различных высших растений (горох, кукуруза, сахарная свекла, виноградная лоза, яблоня, груша) показало, что их строение отличается большой сложностью. Кроме тилакоидов гран, имеющих диаметр 0,3—0,6 мк и собранных в стопки, присутствуют и другие тилакоиды, которые могут проходить через строму хлоропластов на большом протяжении. К сожалению, метод ультратонких срезов дает очень мало информации относительно конфигурации и размеров тилакоидов, особенно тилакоидов стромы, так как тангенциальные срезы удается получить очень редко и их толщина не позволяет наблюдать тилакоиды стромы по всей длине.
Для того чтобы можно было судить о сходстве или различии этих структурных элементов, необходимо было исследовать их в изолированном состоянии с помощью метода негативного контрастирования.
Форма, размеры, субмикроскопическая и макромолекулярная организация тилакоидов гран и стромы
В результате исследований субмикроскопической организации хлоропластов при использовании метода ультратонких срезов предложено большое количество схем архитектоники мембранной системы хлоропластов (Steinmann, Sjostrand, 1955; Wettstein, 1957; Muhlethaler, 1960; Weier, 1961; Menke, 1962; Wehrmeyer, 1963; Кислюк, Машанский, 1965; Silayeva,, Shiryaev, 1966; Heslop-Harrison, 1966; и др.). Такое многообразие объясняется тем, что по ультратонким срезам без привлечения других способов исследования нельзя представить истинную картину мембранной системы хлоропласта.
В последние годы исследователей привлекла возможность изучения отдельных структурных элементов хлоропластов и составляющих их молекулярных агрегатов с помощью метода негативного контрастирования. Безусловно, этому способствовало развитие техники дезинтеграции хлоропластов и выделения их структурных элементов с помощью метода дифференциального центрифугирования. Определенную роль сыграло также совершенствование способов препарирования электронно-микроскопических объектов и интерпретации электронных микрофотографий. Этот качественный скачок в исследовании тонкой и сверхтонкой структуры элементов хлоропластов оказался весьма полезным при изучении выделенных из хлоропластов мезофилла листьев гороха и кукурузы тилакоидов гран и стромы, а также составляющих их молекулярных агрегатов.
Форму, размеры и субструктуру тилакоидов гран исследовали после выделения их из хлоропластов с помощью указанных выше способов дезинтеграции. При воздействии фрагментирующих средств граны легко разбираются на отдельные тилакоиды. Форма и размеры тилакоидов гран, если
126 СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ИШЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
они не распались на фрагменты, не зависят от типа фрагментирующего средства. Тилакоиды гран, изолированные из хлороплаетов мезофилла листьев гороха и кукурузы, имеют круглую форму, д иаметр их может колебаться от 0,3 до 0,6 мк. По-видимому, фотосинтетическая мембрана, ограничивающая внутреннее пространство тилакоида ('локулу) (рис. 44, а), выполняет две функции. Во-первых, в фото синтетической мембране происходит трансформация энергии. Во-вторых, она изолирует внутреннее пространство тилакоида от стромы хлоропласта, создавая! таким образом различные компартменты. Поверхность тилакоидов гран обычно покрыта частицами сопрягающего фактора, которые свойственны энергообразующим мембранам (Racker, 1970). Диаметр этих частиц околю 100 А (рис. 44 б).
При добавлении в среду дезинтеграции хлороплаетов 2 мМ ЭДТА частицы сопрягающего фактора снимаются с поверхнос'ти тилакоидов гран, при этом открывается замаскированная ими тонкая структура фотосинте-тической мембраны, образующей тело тилакоида. На электронных микрофотографиях, полученных при больших увеличениях, эти мембраны наблюдаются в виде относительно регулярно упакованшых субчастиц, диаметр которых составляет около 40 А (рис. 45). Субчас'тицы такого же размера отмечены и на ультратонких срезах фотосишгетических мембран (рис. 46). По-видимому, эти субчастицы образуют «скелет» фотосинтетичес-кой мембраны и представляют собой молекулы стружтурных белков или белково-пигментных комплексов, сохранивших при использовании указанных методов глобулярную форму, соответствующею их нативному состоянию.
Долгое время не удавалось выделить тилакоиды стгромы Лишь два метода дезинтеграции хлороплаетов позволили сохранить тилакоиды стромы — фрагментация их дигитонином низкой концентрации и продавли-вание суспензии этих органелл через отверстие малюго сечения. Последующее дифференциальное центрифугирование дало возможность выделить эти структурные элементы. Весьма перспективньдм для этих исследований был электронно-микроскопический анализ тилакоидов при помощя
ГЛАВА 8 СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ МЕМБРАН 127
негативного контрастирования. Метод ультратонких срезов для таких тонких исследований оказался малоэффективным.
Фрагментация хлоропластов при инкубации их (без перемешивания) с 0,3%-ным дигитонином в присутствии 0,002 М ЭДТА в среде выделения дает несколько больший выход тилакоидов стромы, чем при фрагментации с помощью высокого давления.
