Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 126
Текст из файла (страница 126)
1. Внутренняя оболочка 2. Радиальная спица 3. Субфибрилла А 4. Внутренняя динеиновая ручка 5. Субфибрилла В б. Одиночная микротрубочка 7. Нексии 8. Наружная динеиновая ручка наружные дублеты жгутика; они являются продолжением суб- фибриллы А и субфибриллы В наружных триплетов базального тельца. Соседние реснички на рис. 11-13 ориентированы одинаково, если судить по их центральным парам микротрубочек. Такая идентичная ориентация наводит на мысль, что какие-то структурные свойства аксонемы ограничивают возможные направления изгиба (иначе говоря, сама конструкция ресничек позволяет им изгибаться лишь определенным образом).
Ориентация центральной пары микротрубочек коррелирует с направлением изгиба: он всегда происходит в плоскости, проходящей через две центральные микротрубочки. Чтобы это стало яснее, представьте, что аксонема, показанная на рис. 11-12 в виде поперечного среза, продолжается из страницы вверх; изгибаться она может в направлении верха или низа страницы, но не вправо или влево. (Мало того, у многих аксонем пара соседствующих периферических дублетов-на рис. 11-12 это два самых нижних дублета- «сшиты» таким образом, что не могут скользить относительно друг друга.
Эта модификация накладывает дополнительные ограничения на возможные направления изгиба.) с(итоскелет 443 Если микротрубочки в центральном дублете расположены параллельно друг другу по всей длине реснички, то весь изгиб реснички — и при рабочем ходе, и при возвратном ходе — должен происходить в одной плоскости. Однако нередко микротрубочки центральной пары обвиваются одна вокруг другой, и тогда плоскость изгиба поворачивается по мере того, как волна изгиба бежит вверх по ресничке.
Вследствие такого устройства рабочий ход у реснички получается однонаправленным (он зависит только от ориентации центральной пары в основании реснички), а возвратный ход †спиральн (изгиб распространяется по ресничке). 11-18 А. Когда жгутик изогнут в полукольцо, дублет, находящийся с внутренней стороны полукольца, будет смещен относительно того дублета, который находится на внешней стороне полукольца на расстояние, равное разности периметров двух этих полуокружностей — «внутренней» и «наружной» (рис.
11-15). Поскольку периметр полуокружности равен яг, разность между «наружным» и «внутренним» периметрами составит я (г + 180 нм)— х г = я х 180 нм, т. е. около 565 нм. Это соответствует примерно 70 тубулиновым днмерам. Возможно, несколько неожиданным кажется то, что приведенный результат никак не зависит от радиуса полуокружности. Однако это так: можно опоясать жгутиком половину земно~о шара, а результат будет тем же; «внутренний» дублет по-прежнему будет выступать из-за «наружного» на 5б5 нм.
Б. Длину растянутой молекулы нексина также можно рассчитать, исходя из простых геометрических правил. Растянутая молекула нексина является гипотенузой прямоугольного треугольника со стороной 30 нм (расстояние между соседними дублетами) и другой стороной, составляющей по длине разность периметров двух полуокружностей, образуемых соседними дублетами (ее можно рассчитать, как в пункте А). Вторая сторона равна я (г + 30 нм)— — я г = я х 30 нм (примерно 94 нм). Гипотенуза прямоугольного треугольника равна квадратному корню из суммы квадратов сторон; следовательно, длина растянутой молекулы нексина составит ((30 нм) ' + (94 нм) '3 '", что составляет приблизительно 99 нм.
Из расчета следует, что молекула нексина способна удлиняться при растяжении более чем в три раза. Независимые экспериментальные измерения подтвердили необычайную эластичность нексина. В. Характер биения жгутиков у мутантов отличается тем, что в ходе махового цикла изгибы разного «знака» сменяют друг друга. В цикле жгутика дикого типа изгиб всегда «положительный» (вправо на рис. 11-14, А). У мутанта же «положительный» изгиб, с которого начинается рабочий ход (рис. 11-14, Б), сменяется «отрицательным» в начале возвратного хода (в основании жгутика б на рис. 11-14, Б).
Эти перемежающиеся изгибы в противоположных направлениях и определяют характерную картину биения жгутика у мутантов. В жгутиках дикого типа «отрицательное» изгибание должно каким-то образом подавляться-это существенно для генерации максимально асимметричного удара, обеспечивающего полноценную подвижность СЫагаудоволаз. То, что у мутантных жгутиконосцев «отрицательное» изгибание не подавляется, дает основание предполагать, что одной из функций радиаль- 444 Глава 11 ных спиц и центральных микротрубочек в норме является именно подавление изгибания в «отрицательном» направлении. Литература: 6ГЬЬалз, Г.Я.
Сй!а впзГ йайейа оГ еокагуо!ез. Х Сей ВГ«Г. 91: 107з — 124з, 1981. Вгаьазе, С.Х; Г.асГе, В. ХГ..; Оазмд, В. Апа!уз|в оГ ГЬе пютегаеп! оГ СЬГамузГамалаз йайейа: ГЬе Гппсйоп оГ !Ье гасйа1-зро1ге зуз!ега Ь гачев!ее! Ьу сотраг!Боп оГ ей18-гуре апз( пщ!ап! йаяейа. Е Сей Вю!. 92:722- 732, 1982. а. Изгибизивазезз 11-19 Одно из возможных распределений активности динеина, которое могло бы вызывать изгиб аксонемы в плоскости, представлено на рис. 11-29. Если динеиновые ручки на левой половине аксонемы активны (стрелки на рис.
11-29, А), а на правой-нет, ресничка будет изгибаться вверх. Представить это в пространстве трудно, поэтому рассмотрим ситуацию шаг за шагом. 1) Ориентация аксонемы на рис. 11-28 стандартная, т.е. конец аксонемы лежит ниже плоскости страницы. 2) Динеиновые ручки толкают соседние с ними дублеты в направлении конца аксонемы, так что те смещаются в направлении под плоскость страницы. 3) Верхний дублет на рис. 11-28, А будет вытолкнут в этом направлении дальше всех, потому что его общее смещение равно сумме смещений, вызываемых каждой из четырех работающих динеиновых ручек.
4) Дублет, сдвигающийся дальше всех, определяет внутреннюю сторону изгиба (см. рис. 11-15). Таким образом, поскольку дальше всех смещается верхний дублет, то вксонема — при активности динеиновых ручек на ее левой половине — будет изгибаться вверх (в направлении верха страницы). Точно так же изгиб аксонемы вниз (в направлении низа страницы) обьясняется тем, что динеиновые ручки на правой половине аксонемы работают, а на левой — нет (рис. 11-28, б). Как в действительности распределяется активность динеина в ресничке, когда происходит ее планарное изгибание, пока неясно. Естественные кандидаты на роль регуляторных элементов-это две центральных одиночных микротрубочки: они окружены неодинаковыми белками; они взаимодействуют с разными группами периферических дублетов; они, наконец, связаны (через другие структуры) с двумя различными группами дннеиновых ручек — с теми, работа которых лежит в основе предложенной здесь модели.
Б Изпвбанне а из Рве. Н-29. Распределеиие актив- ности дииеииа по аксоиеме, которое могло бы обеспечить ее изгибаиие в плоскости (одии из возможиых вариантов) (ответ 11-19). А. Изгиба- иие вверх. Б. Изгибаиие вниз. Стрелками указаны работающие лииеииовые ручки. вавшихся в мутантном жгутике, то эти белки должны отсутствовать также и в гаметах мутанта. После слияния жгутики мутанта восстановили бы подвижность в результате дополнения их немечеными компонентами из нерадиоактивных гамет дикого типа (поскольку синтез всех белков подавлен). В итоге радиоавтограф электрофоретической картины для таких жгутиков не отличался бы от радиоавтографа для жгутиков мутанта.
Напротив, если измененный ген кодирует белок, который должен встраиваться в аксонему до того, как к ней присоединятся другие белки, то в гаметах мутанта должны присутствовать в функциональном состоянии все белки, кроме дефектного. Поскольку мутант рос на радиоактивной среде, эти белки должны были включить метку. После слияния жгутик мутанта 11-20 А.
Если затронутый ген контролировал синтез белков, не образовы Цигоскелет 445 мог восстановить подвижность в результате сочетания меченых компонентов из гамет мутанта и немеченых компонентов из гамет дикого типа. Единственным исключением был бы белок, кодируемый дефектным геном: он мог появиться только из гамет дикого типа и соответственно не содержал бы метку. В этих условиях радиоавтограф электрофоретической картины для химерных жгутиков должен был быть таким же, как для жгутиков дикого типа, за исключением одного недостающего пятна.
Это недостающее пятно и соответствовало бы продукту поврежденного гена. позволяет различить две эти возможности. Если измененный ген кодирует белок, входящий в состав собранной аксонемы, то некоторые ревертанты (а именно те, у которых изменено число заряженных аминокислот в белке) будут давать распределения, где одно пятно смещено (обычно слегка влево нли вправо от нормального положения из-за влияния заряда на изоэлектрическую точку белка). Если поврежденный ген контролировал синтез 17 недостающих белков, то ни у одного из ревертантов картина не должна была меняться (так как ни одного из составляюших аксонему белков эта мутация напрямую не затрагивает).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
