Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 297
Текст из файла (страница 297)
Этот путь также используется дрожжами и растениями, но, по-видимому, не животными. Подвижные бактерии типа Е. со11 плывут в сторону увеличения концентрации питательных веществ (аттрактантов), например сахаров, аминокислот и небольших пептидов, но избегают повышенных концентраций различных ядовитых соединений (репеллентов). Функцию движения у бактерий выполняют от четырех до шести жгутиков, каждый из которых посредством короткого гибкого крюка прикреплен к неболыпому белковому диску в бактериальной мембране. Этот диск является частью микроскопического мотора, использующего запасенную в транс- мембранном градиенте Н' энергию для быстрого вращения и поворота спирального жгутика (рис. !5.71). Поскольку жгутики на поверхности бактерий обладают свойством «праворукости» или «леворукости», различное направление вращения по-разному влияет на движение. Жгутики большую часть времени вращаются против часовой стрелки, благодаря чему они образуют переплетенный клубок, и бактерия плывет в одном направлении.
В отсутствие внешнего стимула примерно раз в секунду один или несколько моторов временно меняют направление вращения. В результате прикрепленный к мотору жгутик отходит от остальных, и бактерия передвигается хаотически, не продвигаясь вперед (рис. 15.72).
Такая последовательность создает характерный профиль движения, при котором плавное продвижение вперед прерывается резким переворачиванием. Нормальное движение бактерий модифицируется под действием хемотаксических аттрактантов или репеллентов, которые связывают определенные рецепторные белки н влияют на частоту переворачиваний за счет увеличения или уменьшения времени между последовательной сменой направления вращения жгутиков. Когда бактерия гшывет в предпочтительном направлении (к источнику атграктанта или от источника репеллента), они переворачиваются реже, чем когда плывут в невыгодном направлении (или когда градиент отсутствует).
Поскольку периоды плавного движения длиннее, когда бактерия плывет в выгодном направлении, она постепенно достигнет цели — питательных веществ или избегания ядовитого вещества. Эти ответы опосредуются сопряженными с гистидинкиназами хемотакснческими рецепторами, которые обычно представляют собой трансмембранные белки, связывающие специфические аттрактанты или репелленты на поверхности плазматической мембраны. Цитоплазматический домен рецептора связан с гистидинкиназой С/геА через адаптерный белок СЬеИ' (рис. 15.73). Связывание репеллента активирует рецепторы, тогда как связывание аттрактанта их инактивирует; один рецептор способен связывать оба типа молекул с противоположными последствиями. Связывание репеллента с рецептором активирует СйеА, который автофосфорилируется по гистидину и практически мгновенно под действием 15.3., Сигнб(тиаанни паверкнаетных рецепторов 1447 $1.
регуляторного белка С/геУ переносит фосфорнльную группу на аспара|иновую %)й":лоту. Фосфорилированный Иге'т' диссоциирует от рецептора, диффундирует по (циозолю, связывается с мотором жгутика и заставляет его вращаться по часовой йтрелке, и бактерия меняет направление движения. Оте т' обладает фосфатазной йк! ивностью и автодефосфорилируется в процессе, ускоряемом белком СЛеУ (см. 'рвс. 15.73).
юк жгутик амент ика 1 внешняя мембрана пептидогпикановый слой 1 в периплазматическом пространстве 1 внутренняя (ппазматическая) мембрана рзю. 15.71. Бактериальный жгугиковый мотор. о) Схема Гзруктуры. жгутик связан с гибким крюком. Крюк прикреплен к набору белковых колец (оранжевые), встроЕнных во внешнюю и внутреннюю (плазматическую) мжибраны. Кольца образуют ротор, который вращает жгутик со скоростью около 100 оборотов в секунду. Враииние обеспечивается потоком протонов через внешнее кольцо белков, статор (голубой) встроен во внутреннюю мембрану и стабилизирован пептидогликановым слоем.
'"; штор также содержит белки, отвечающие за изменение гшправления вращения. 6) Реконструкция жгутикового егснора по электронным микрофотографиям. (о, согласно Акт ным изТ. Кцьоп ет а!.,!. Мо(, Вю! 226: 433-446, 1992, г: любезного разрешения издательства Асабегп!с Ргем, ни, й. Е гапон ет а!., Ргос ЛГот! Асей Ы (Г54. 89: 6304-6308, 1892, с любезного разрешения Национальной академии икук США; б, из О. Тьогпаз, О. б. Могйап апг! О. !. Оейойег, г,йвстегю!. 183: 6404-6412, 2001.
С любезного разрешения Американского общества микробиологов.) 25 нм 144() Часть(тг. Вг(уу(зйниня органиййз(ия клетки' е) Рис. 15.73. Двухкомпонентный сигнальный путь, позволяющий хемотаксическим реце порам контролировать моторы жгутиков при бактериальном хемотаксисе. Гисгидин кина за ОгеА связана с рецептором через адаптерный белок Сбеуу. Рецепторы и связанные с ними белки располагаются е одном конце клетки (см. Рис. 15.74). Связывание репеллента усиливает активность рецептора, который стимулирует автофосфорилирование След по гистидину. След быстро переносит ковалентно связанную высокоэнергетическую фосфорильную группу на регулятор ответа Оглу с образованием СЬеуфасфата, который затем диффундирует по цитозолю, связывается со жгутиковым мотором и вызывает его вращение по часовой стрелке, что приводит к изменению направления движения.
Связывание аттрактанта приводит к противоположному результату: он снижает активность рецептора и, следовательно, фосфорилирования ОгеА и С(геу, что приводит к вращению против часовой стрелки и плавному движению. СЬе7 ускоряет автодефосфорилирование С(геу-фосфата, инактивируя СЬеу. Время полужизни фосфорилированных интермедиатов меньше секунды, что позволяет бактерии очень быстро реагировать на изменения в окружении (см.
рис. 15.11). Рис. 15.72. Положение жгутиков Е. сей в процессе движения. о) Когда жгутики вращаются против часовой стрелки (если смотреть в клетку со стороны жгутика), они образуют пучок, который служит гребным винтом для плавного движения. 6) Когда один или несколько моторов изменяют направление вращения, ИЗМЕНЕНИЕ прикрепленные к ням жгутики отходят от пуч- НАПРАВЛЕНИЯ ка и бактерия переворачивается.
15.3. Сигнализация поверхностных рецепторов 1449 15.3.18. Адаптация бактериального хемотаксиса происходит за счет метилирования рецепторов Изменение частоты переворачиваний в ответ на увеличение концентрации аттрактанта или репеллента происходит менее чем за секунду, но только временно. Даже если повышенная концентрация лиганда поддерживается, через несколько минут бактерия все равно адаптируется (десенсибилизируется) к стимулу. Адаптация — ключевая составляющая ответа, она позволяет бактерии сравнивать окружающие условия в данный момент времени с недавним прошлым и, таким образом, реагировать на изменения в концентрации лиганда, а не на его стационарное значение.
Адаптация опосредуется ковалентным метилированием (катализируемым метилтрансферазой) или деметилированием (катализируемым метилазой) хемотаксических рецепторов. Ковалентная модификация приводит к изменению их способности отвечать на связывание лиганда. Например, когда с хемотаксическим рецептором связывается аттрактант, происходят два события: (1) снижается способность рецептора активировать СйеА (что снижает частоту переворачиваний), и (2) рецептор медленно (в течение минут) изменяется, что делает возможным его метилирование метилтрансферазой. Метилирование восстанавливает способность рецептора активировать СпеА.
Таким образом, неметилированный рецептор в отсутствие лиганда обладает такой же активностью, как метилированный рецептор со связанным лигандом. Частота изменения направления бактерией в этих случаях одинакова. Димерные рецепторы несут восемь сайтов метилирования, и число метилированных сайтов увеличивается с увеличением концентрации аттрактанта (при более высоких концентрациях рецептор дольше остается в связанном с лигандом состоянии). Когда аттрактант исчезает, метилаза деметилирует рецептор.
Несмотря на то что уровень метилирования рецепторов изменяется в процессе хемотаксического ответа, он остается постоянным после адаптации бактерии, поскольку достигается равновесие между скоростями метилирования и деметилирования. Согласно простой модели поведения рецептора при бактериальном хемотаксисе, метилирование и связывание репеллента сжимают структуру мультисубъединичного рецептора и связанных с ним сигнальных белков, усиливая сигнализацию и увеличивая частоту переворачиваний. С другой стороны, деметилирование рецептора и связывание атграктанта расслабляет структуру комплекса, ослабляя сигнализацию и снижая частоту смены направления.
Считается, что чувствительность ответа значительно усиливается кооперативными эффектами, являющимися результатом сближения цитоплазматических доменов соседних рецепторов в мембране (рис. 15.74). Идентифицировали все гены и белки, участвующие в бактериальном хемотаксисе, и подробно изучили их взаимодействия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
