Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 2 (1989) (1095848), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Химический состав этого вещества соответствует формуле Ге(ОН)э 0,9Н,О с атомами железа в вершинах октаэдра, однако структурная упорядоченность на сколько-нибудь больших расстояниях в нем отсутствует. При Т) 20 К спектр имеет вид квадрупольного дублета. При 4,2 К спектр расщепляется; определяемое из его параметров внутреннее поле Нм = 460 кЭ. Опыты с наложением внешнего магнитного поля показывают, что это вещество парамагнитно при Т ) 100 К, суперпарамагннтно при 10 К < Т к. 100 К и магнитно упорядочено при температуре ниже 10 К (Соеу, йеайпап, 1973)..
1.4. Продукты биоминерализации С помощью мессбауэровской спектроскопии были исследованы некоторые продукты биоминерализацин железа (табл. 13.1), в частности те из них, которые входят в состав сердцевины (ядра) железосодержашнх белков — ферритнна, гемосидернна и гастроферрина. Эти белковые молекулы представляют собой крупные глобулы сферической формы диа- Ч. 1К )гуагниторенен)!ил и магнитные минералы 18 Таблица !3.!. Параметры мессбаузровских спектров различных объектов при 80 К ЬЕ„, мм/сн 8, мы!со Объект А.
таяне)о)аггнит Спектр Б Спектр В Магннтоиечувствительные бактерии Клонированные магиитонечувствительные бактерии Ферритин Е. сон Железосодержащий материал 3!о!ра))ы !в!етые)гга Ко)кные гранулы Ферригилритз) Аморфный гель гнлроксила )келеза4) 0,65 5 0,05 3,17 0,68 0,47 ~ 0,03 1.32 0,47 0,65 0,51 0,47 0,50 0,84 0,74 0,81 0,48 0,47 0,47 " Велнчнва нзомерного сленга относительно металлического железа прн комнатной температуре. ' Величава кааарупольного расщепления. " Мпгац Ясвиепп)апп, !980.
н Сосу, Кеабыаа, 1973. метром 120 А; железосодержащее ядро имеет диаметр 70 )ч. Железо выделяется нз них в виде комплекса примерно следующего состава; (ЕеООН)а РеО РО4Нз (В!а)ае е1 а1., 1965). Мессбауэровскнй спектр ферритина нз селезенки лошади свидетельствует о том, что в интервале 20 К «Т«60 К происходит суперпарамагнитньгй переход. При температуре ниже 20 К наблюдается магнитное расщепление с Ньг — 500 кЭ. При температуре выше 60 К спектр имеет вид квадрупольного дублета. При температурах между 20 н 60 К одновременно наблюдаются и магнитно расщепленный спектр, н квадрупольный дублет„причем с повьцпением температуры интенсивность первого уменьшается, а второго увеличивается. Эти спектральные эффекты указывают на существование железосодержаших часпщ со средним диаметром 70 )ч и константой магнитной анизотропнн, равной 1Ое эрг))смз.
Спектры гемосндерина очень близки к спектрам ферритнна (рис. 13.6). Спектры ферритина, вьщеленного из гриба РЬусотусед и бактериоферритина из Ага!о))асгег аналогичны спектрам ферритина млекопитающих, но суперпарамагнетнзм наблюдается при более низких температурах. Если структура )щра во всех ферритинах одинакова, то более низкая температура магнитного упорядочения у растительных и бактернальных феррнтинов может быть связана с меньшим размером железосодержащих частиц (ОоагегЬша, Браг1а1(ап, 1976). !3. Мееебпуэровекая епектроскванв !9 о а ь Рнс. 13.6. Мсссбауэровскнй спектр гсмосндсрнна нэ сердечной мышцы (КацГшаа сг а!., ! 980).
-30 -В -6 Ф -2 0 1 Ф ь В И 12 Скорость, нм/с У Е. еой и таких прокариот, как Рго1еки тваЬ!!и и М. Сарг!со!иш, обнаружен железосодержащнй материал неизвестного состава. Мессбауэровский спектр такого материала нз Е. сей при Т> 10 К представляет собой квадрупольный дублет с параметрами, характерными для Ре" в высокоспнновом состоянии.
При Т < 1 К происходит сверхтонкое магнитное расщепление и наблюдается спектр нз шести линий с параметрами, соответствующими напряженности внутреннего магнитного поля у ядра, равной 430 кЭ. Прн температуре выше 1 К линии уширяются, степень расщепления уменьшается, и примерно 20 Ч. ! К Магниторецепцин и магнитные минералы при 3,5 К спектр сжимается в квадрупольный дублет. В интервале 1,2 К < Т < 3,5 К наблюдаются одновременно и дублет, и секстет, что говорит о некотором разбросе температур магнитного перехода. Это свидетельствует о более низкой, чем в ферритине, энергии магнитного взаимодействия между атомамн железа, что, возможно, связано с менее плотной упаковкой атомов железа (Ванпнпяег ег а1., 1980). Мо!раг!(а злгегзлейа-это морское беспозвоночное, у которого име ются богатые железом и фосфатом кожные гранулы разного размераот 10 до 350 мкм. Эти гранулы состоят из слоев, образованных субъединицами двух типов, форма которых варьирует от сферической до эллипсоидной, а диаметр — от 0,03 до 0,24 мкм; субъединицы отделены друг от друга вешеством органического происхождения, которое образует капсулу вокруг каждой из них.
Субъединнцы одной разновидности содержат воду, железо, фосфат и в меньших количествах кальций и магний. Эти отложения по данным рентгеновской кристаллографии имеют аморфную структуру и в свою очередь состоят из электроноплотных субъединиц диаметром 90-140 А. Железо присутствует в виде полимерных ячеек гндроксида трехвалентного железа, аналогичных железосодержащим мицеллам феррнтина (Ьознепагат, Коазшап, ! 975).
Мессбауэровскнй спектр в интервале температур от 10 до 300 К представляет собой уширенный квадрупольный дублет, что свидетельствует о некотором разбросе значений градиента электрического поля в местах расположения атомов железа. При температуре ниже 1О К спектр растягивается и в нем проявляется магнитная сверхтонкая структура, причем напряженность внутреннего магнитного поля у ядра увеличива- а о о Ф и о Ы е ж -12 -1о -Б "Б а -2 о 3 Б Б Б 1о и сновоезь, иигс рнс 1З.у.
Мессбаузровскае спектры железо-фосфатных кожных гранул, выделенных нз Мо!ранца Глгепней!а прн 20 К (А), 7,2 К (о) н 1,6 К (В) (ОГег ег а!., 198!). !3. Мессбауэрооскап спекгпроскопип ется с понижением температуры. Уширенные линии свидетельствуют о некотором разбросе значений Ны. При 1,6 К среднее значение и„, соответствует 420 кЭ; с повышением температуры оно сдвигается в область все более низких значений. Примерно при 10 К сверхтонкое расщепление исчезает (рис. 13.7). Квадрупольный дублет и магнитно расщепленный спектр наблюдаются одновременно в ннтервале температур от 8 до 10 К. Исчезновение расщепления примерно при 10 К указывает на наличие в этой точке магнитного перехода. В продольно ориентированном магнитном поле напряженностью 80 кЭ линии уширяются, но нх положение и относительная интенсивность прахтически не изменяются.
Это свидетельствует об антиферромагнитной упорядоченности атомов железа в гранулах (Обжег е! а!., 1981). 2. Применение мессбауэровской спектроскопии для исследования магнитотаксических (магниточувствительных) бактерий 2.1. Магнитотаксис у бактерий К магнитотаксическим бактериям относятся различные виды водных микроорганизмов, способные ориентироваться в магнитном поле и перемешаться вдоль его силовых линий (В1а!хешоге, 1975, 1982; МоепсЬ, Коне!яка, 1978; В!акещоге, ггапке1, 1981). Все исследованные методом электронной микроскопии магнитотаксические бактерии содержат богатые железом электроноплотные часпщы (Ва)!сп!11 ег а1, 1980; Топе, МоепсЬ, 1981).
У некоторых (а возможно, и у всех) видов магнитотаксических бактерий зти частицы состоят нз магнетита РеэОх (ггап1се! е! а!., 1979). Встречаются частицы кубической, прямоугольной„ромбической и стреловидной форм размером, как правило, от 400 до 1200 А, Это свидетельствует об однодоменной магнитной структуре частиц ГеэО4. У большинства видов частицы объединены в цепочки, так что бактериальная клетка обладает достаточно большим магнитным моментом„чтобы она могла ориентироваться в геомагннтном поле при комнатной температуре.
Таким образом, цепочка частиц ГеэО,, играет роль бномагнитного компаса (ггап1се1, В!акешоге, 1980), благодаря которому клетка может перемещаться вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Направление перемещения зависит от ориентации биомагнитного компаса. Те организмы, у которых указывающий на север конец цепочки расположен спереди, движутся вдоль силовых линий к северу. Те же, у которых спереди находится конец цепочки, указывающий на юг, мнгрнруют к югу. Обнаружено, что в северном полушарии преобладают бактерии, перемещающиеся к северу, а в южном полушарии-бактерии, мигрирующие к югу (В!ахешоге е! а1., 1981; КэгзсЬо!п1с, 1980).
Вертикальная составляющая геомагнитного поля с ненулевым наклонением «отбирает» в каждом цолутпарни клетки соответствующей 13. Мееебауэравекан епектраекапин полярности, способствуя их погружению вглубь, в направлении донных осадков, и тем самым позволяя избежать токсического воздействия кислорода, которым богаты поверхностные слои. Вблизи магнитного экватора Земли, где вертикальная составляющая равна нулю, обнаруживаются клетки как той, так и другой полярности; по-видимому, движение в горизонтальном направлении в равной степени выгодно клеткам обоих типов, так как препятствует губительному для них всплыванию (Бгапке! е! а1., 1981; агапке!, 1982).
У пресноводной магниточувствительной спириллы Адиавр1пйиа еадпегагасбемп железо составляет > 2% от массы сухого вещества клеток. Электронно-микроскопические исследования этих организмов показывают, что частицы имеют кубическую форму, размер 400 — 500 А и образуют цепочку, тянугцуюся вдоль клетки (рис. 13.8). Частицы окружены слоями электронопрозрачного и электроноплотного вещества; магнитные включения с обволакивающей их мембраной получили название магнитосом (Вайгпп!1 е! а1., 1980). Поскольку клетки А. пмдпетогасг!емп выращивают в среде определенного состава, в которой железо присутствует в виде растворимых солей хинной кислоты (В!а)гешоге е! а1., 1979), наличие в них отложений геэО указывает на существование механизмов, обеспечивающих кристаллизацию этого минерала и регуляцию размера образующихся частиц, их числа и расположения в клетке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
