Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Предполагается, что тилакоиды стромы играют пассивную механическую роль, придавая гранам устойчивое положение в пространстве (Фрей-Висслинг, Мюлеталер, 1968). Однако исследования последних лет позволяют значительно расширить представления о функциях тилакоидов стромы. Имеются данные (Jacobi, Lehmann, 1968; Sane et al., 1969), свидетельствующие о том, что тилакоиды стромы принимают активное участие в световой фазе фотосинтеза. Наличие на обоих типах тилакоидов частиц сопрягающего фактора также указывает на участие этих тилакоидов в этих процессах.
В последние годы получен ряд данных, позволяющих считать, что фотосистема I располагается в тилакоидах стромы, в то время как в тила-коидах гран локализованы и I, и II фотосистемы (Гамаюнова и др., 1973; Островская и др., 1973). Это предположение основывается на том, что при фрагментации хлоропластов тилакоиды стромы разрушаются полностью и составляют легкую фракцию. Целесообразно было бы в связи с этим получить доказательства отсутствия фотосистемы II в тилакоидах стромы при фрагментировании хлоропластов, образующихся в этиолированных растениях на ранней стадии позеленения при кратковременном освещении, или хлоропластов из листьев мутантов, в которых полностью отсутствуют граны.
Изучение макромолекулярной организации выделенных фотосинтетических мембран показало наличие в них двух типов частиц: частиц сопрягающего фактора, размер которых около 100 А, и лежащих под ними субчастиц, диаметр которых около 40 А.
Долгое время не удавалось обнаружить глобулярные субъединицы на ультратонких срезах фотосинтетических мембран. При неадекватной фиксации, по мнению Мюлеталера (Muhlethaler, 1960), происходит денатурация глобулярных белков и развертывание их молекул вследствие разрыва водородных связей и дисульфидных мостиков. В результате образуются более или менее гомогенные белковые слои по обеим сторонам липидного слоя. Эти белковые слои значительно тоньше, чем диаметр нативных белковых частиц. Лишь с улучшением методики препарирования и повышением разрешающей способности микроскопов появились работы, в которых авторы сообщили о выявлении субъединиц в фотосинтетических мембранах при использовании метода ультратонких срезов (Weier et al., 1967; Островская и др., 1969). Необходимо отметить, что размеры субчастиц, наблюдаемые с помощью методов негативного контрастирования и ' ультратонких срезов, совпали (около 40 А ). Субчастицы (кристаллиты) аналогичного размера (42 А) показаны в фотосинтетических мембранах (Kreutz, 1969), но с помощью рентгеноструктурного анализа.
138 СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
Разработанный Моором метод замораживания-травления позволил многим авторам продемонстрировать в фотосинтетических мембранах субчастицы глобулярной формы. С помощью этого метода было показано, что фотосинтетическая мембрана состоит из двух типов частиц (Muhlethaler et al., 1965; Bourdu, 1966; Stachelin, 1966). Частицы, расположенные на наружной стороне мембраны, имеют диаметр 120 А, состоят из четырех или более субъединиц и центральной поры, в то время как на внутренней стороне мембраны расположены субчастицы диаметром 60 А.
Возможно, крупные частицы диаметром 120 А соответствуют частицам сопрягающего фактора (100 А), которые наблюдали многие авторы при использовании метода негативного контрастирования. Субчастицы же, диаметр которых 60 А, вероятнее всего, соответствует субъединицам (40 А), наблюдаемым с помощью методов негативного контрастирования и ультратонких срезов. Разница в размере частиц может быть отнесена за счет огрубления в процессе оттенения тяжелыми металлами при подготовке препарата методом замораживания-травления.
Однако с помощью метода замораживания-травления, а ранее и метода оттенения атомами тяжелых металлов в фотосинтетических мембранах были обнаружены частицы, значительно превосходящие все вышеперечисленные (Park, Роп, 1963; Park, Brenton, 1967). Размер крупных частиц, которые авторы назвали квантосомами, неоднократно менялся от 200 до 155 А. В 1967 г. Парк и Брентон (Park, Brenton, 1967) сообщили о наличии в фотосинтетических мембрангЬс частиц двух типов — крупных около 175А и мелких около 110 А. К сожалению, ни в одной работе этих авторов не указывается величина слоя металла, напыляемого в процессе препарирования по методам оттенения и замораживания-травления. Можно надеяться, что несоответствие между размерами частиц по мере усовершенствования методов будет устранено и тогда можно будет построить более строгую модель фотосинтетической мембраны.
Итак, можно полагать, что находящиеся на поверхности мембран частицы диаметром около 100 А являются частицами сопрягающего фактора, функция которых заключается в сопряжении электрон-транспорт-ной цепи с фотофосфорилированием. Субчастицы же., диаметр которых около 40 А, составляют основу фотосинтетической мембраны и в совокупности с другими компонентами мембраны, которые пока нельзя выявить с помощью существующих электронно-микроскопических методов, принимают участие в транспорте электронов и синтезе АТФ.
