Каппуччинелли - Подвижность живых клеток - 1982 (947289), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Никаких запасов резервного флагеллина в цитоплазвновь синте ме у бактерий не обнаружено; это означает, что каждая нтезированная субъединица немедленно транспортируется к точке роста. 2.4. Функция бактериаальных жгутиков те иал В этом разделе мы рассмотрим, как движ т б р льныи жгутик, как генерируется движущая сила н как она передается к филаменту. П те ии ри наблюдении за перемещением жгутико " б вой акаетс р в микроскоп ясно видно, что тело бактерии щ я в направлении, противоположном направлению вращения жгутика. К сожалению, такие прямые наблюдения не могут дать убедительных доказательств в пользу того или иного типа движения. До недавнего времени общепринятым было представление о том, что бактерия перемещается благодаря волнообразным движенйям жгутика, возникающим у его основания и распространяющимся вдоль него.
Правильную интерпретацию данных относительно характера бактериального движения предложили Берг и Андерсон в 1973 г. (20); оии постулировали, что движение бактериального жгутика является вращательным. Правильность этого предположения подтвердили остроумные эксперименты Силвермана и Симона 1134). Поликрюковых мутантов Е. сои (такие ют нено мутанты не способны синтезировать филамепт и б о ладаормально длинными крюками) культивировали в 2. Подвижность проиариотичесиих организмов 23 специальной среде, способствовавшей тому, что у каждой бактерии вместо обычных шести образовывалась только одна поликрюковая структура, Ясно, что такие клетки не могут передвигаться в среде из-за отсутствия фнламентов, Однако, когда с помощью антител, выработанных на белки крюка, удавалось приклеить крюки к предметному стеклу (при этом тело бактерии оставалось не связанным со стеклом), было видно, что клетки вращаются со скоростью 10 — 20 об/с.
Эти опыты показали, что именно крюк (к которому в норме прикреплен филамент) совершает вращательные движения вокруг оси, перпендикулярной к клеточной стенке. Этот «ротор» обладает, очевидно, достаточно большой мощностью, чтобы вращать всю клетку бактерии, когда сам он закреплен.
Подобные результаты были получены также на мутантах с прямыми жгутиками (см. рис. 2.2.) и послужили непосредственным доказательством того, что движение жгутиков — вращательного типа. Прикрепленные бактерии могут вращаться как по часовой стрелке, так н против; это позволяет предполагать, что изменение направления вращения жгутика может лежать в основе ориентации движения клетки. Легко представить, как вращение единственного жгутика (действующего как винт) может приводить в движение клетку; значительно труднее понять, что происходит с многожгутиковой бактерией, у -которой множество жгутиков исходит из разных точек бактериальной стенки, Наблюдения с помощью микроскопа показали, что у плавающих многожгутиковых бактерий жгутики собраны сзади в один пучок, который вытянут вдоль продольной оси тела бактерии.
Каждый жгутик в пучке вращается синхронно с остальными жгутиками, хотя и независимо от них. В нормальных условиях между жгутиками нет никаких соединительных структур или мостиков. Более того, если у нормально подвижной Е. сои соединить соседние жгутики с помощью бивалентных антител против флагеллина, это полностью прекращает движение клетки. Сопоставляя изложенные выше данные об ультра- структуре и особенностях движения бактериального жгутика, можно представить себе следующий механизм.
25 24 2. Подвижность прокариотических организмов Кольцо М, находящееся в липидном слое клеточной мембраны, способно вращаться. Поскольку оно соединено со стержнем, вращательное движение сообщится стержню и через него передастся за пределы клетки на полужесткий спиральный филамент. Вращающийся филамент действует подобно винту самолета и заставляет клетку плыть. Остальные структуры, в частности кольца Р и 1., не имеют прямой связи с вращающим мотором, а обеспечивают, по-видимому, прохождение стержня сквозь бактериальные оболочки. И наконец, нужно выяснить вопрос об источнике энергии, которая питает этот «ротор». Ларсен и сотр.
183) в свое время показали, что АТР не является прямым источником энергии для движения бактериальной клетки; к этому выводу авторы пришли, изучая подвижность с помощью различных специфических ингибиторов, а также у мутантов Е. сои н Яа1топеиа 1ур/тгтипит с нарушениями на различных этапах окислительного фосфорилирования. Похоже, что источником энергии служат какие-то интермедиаты окислительного фосфорилирования, один или несколько. Недавние исследования, проведенные на стрептококках 1931 и на /1)тот/ояриШит гибгит 160), подтвердили эти результаты и показали, что вращение кольцаМи, следовательно, самого жгутика зависит от перемещения протонов из наружной среды внутрь клетки через клеточную мембрану, т. е. обусловлено работой протонного насоса.
Однако, чтобы выяснить, как именно за счет переноса протонов сквозь клеточную мембрану приводится в действие «мотор» жгутика, необходимы дальнейшие исследования. 2.5. Траектории и изменения направления движения у бактерий Жгутик следует считать очень эффективным винтом, поскольку в нормальных условиях он может обеспечить невероятно быстрое направленное движение клетки. Так, например, Е. со/1, длина которой не превышает 2 мкм, может за 1 с покрыть расстояние по крайней мере 20 мкм, что сравнимо с бегом лошади со скоростью 2. Подвижность прокариотических организмов 180 км/ч. В микроскоп можно наблюдать, что в отсутствие привлекающ х их или отталкивающих стимулов клетка Е.
сои движется прямолинейно, временами резко изменяет направление и движения, беспорядочно кидается в разные стороны, з , затем снова движется прямолинейно, и так далее; в реву езультате получается хаотическое перемсе щение в прострай айстве. Необходимо подчеркнуть, что без дрожания ~там л ( б инга) т. е.
хаотических метаний в разные стороны, акте , б терпя не способна изменить направление своего движения. б т иямн показали, что механизм изменения ными оактериямн пок ены нап авленаправ ления движения всегда требует см р может осния вр ащения жгутиков на обратное; это м У ществляться различными способами. р ланд 4155» исследовали, как плавают одножгутиковые бактерии яви Р с/отопая сигопейоия, и показали, что эти е под бактерии дв ижутся по прямой то «головой» вперед ого жг тиком, " твием толкающего усилия, развиваемого у дейс в в а ения жгутика то «пятятся», когда направление р щ меняется на обратное и жгутик развивает тянущее уси- и с одним Рис.
2.7. Схематическое изображение д ние вижения бактерии с ащеиию жгужгутиком; и — бактерия плывет в р д пе е благодаря вр аиавливается; тика б — жгутик перестает вращ аться и клетка оста вает движение в — вращение жгутика в обратном н р ап авлении вызы рисунка — зто «задом наперед». Ломаная ли н н я в нижиеб части траектория хаотического движения одножгутиково рая движется вперед и назад попеременно. 26 2. Подвижность прокариотических организмов лие, которое заставляет бактерию двигаться назад.
Этп повторяется многократно, и, так как каждый раз ориентация клетки меняется на угол, который может достигать 180' (но чаще бывает меньше), в результате полу; чается ломаная траектория хаотического движения (рис. 2.7). Во время прямолинейного движения бактерии вперед жгутик вращается против часовой стрелки, а когда клетка плывет назад, жгутик вращается по часовой стрелке. У свободно плавающих многожгутиковых бактерий не обнаруживается столь четко выраженного «обратного хода». Когда клетка 5. 1урЫтипит или Е. еоП плывет в каком-то направлении, все жгутики, как мы уже видели, держатся вместе, образуя компактный пучок.
Пучок разваливается, когда направление вращения жгутиков меняется на обратное, и они разлетаются в разные стороны на короткий промежуток времени, втечеииекоторого происходит случайная переориентация оси клетки. Этот период переорцентации соответствует тамблингу — неупорядоченному метанию бактерии из стороны в сторону.
Вращение жгутиков в том же направлении продолжается, они снова собираются в пучок и клетка вновь приобретает способность плыть прямолинейно, ио уже в новом направлении (рис. 2.8). Когда происходит тамб- линг, это проявляется в случайно направленной подвижности в отсутствие каких-либо стимулов к хемотаксису (91). Когда вращение жгутика меняется на обратное, меняется не только направление движения бактерии, но также и спиральная конфигурация филамента — происходит переход от спирали с большим шагом к бодее закрученной форме.
Это предполагает, что меняется упаковка субъединиц флагеллина, что сопровождается структурным переходом от левозакрученной спирали к правозакрученной. Такой переход может быть обусловлен напряжением кручения, возникающим при изменении направления вращения жгутика; при этом процесс распространяется от основания жгутика, где напряжение кручения наибольшее, к его концу (92). Как именно эти изменения влияют на подвижность, можно пока что только гадать. 2. Подвижность прокариотических организмов Р .
2.8. С ематическое изображение движения м миогожг тиковой б : — бактерия плывет вперед, жгутики со р ис... х б аиы в плот- актерии: а— ный п чок; п и изменении направления вращения ж у р г тики азле- ,'б), после чего снова образуют плотный таются во все стороны , после ч о вижеиия пучок ! вд оманая ( ). Л . ~ая линия — зто траектория хаотического д миогожгутиковой бактерии. 2.6. Управление движением у бактерий В (жидкой или плотной, типа агарового геля) среде,ж лента с градиентом концентрации аттрактанта или репел жгутиковые бактерии движутся направленно — они перемещаются к тем областям, где концентрация аттрактанта повышена или репеллента пониже на.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
