Пурпурная мембрана и бактериородопсин

Функционирование бактериальной пурпурной мембраны вызывает неослабевающий интерес. Это связано с тем, что в его основе лежит относительно простой механизм улавливания энергии света без участия хлорофилла, а рецепторный пигмент, бактериородопсин, сходен со зрительными пигментами животных. [c.379]

В отличие от мембран палочек и колбочек пурпурная мембрана бактерий являет-ся скорее кристаллической, Рис. 14.25. Цикл функционирования чем жидкой. Молекулы БР бактериородопсина сгруппированы в кластеры [c.478]

Пурпурная мембрана и бактериородопсин [c.605]

Схема основных уровней свободной энергии, соответствующих кинетической диаграмме для бактериородопсина (рис. 13.12), показана на рис. 13.13. Помимо того, что на ней указаны различные источники разобщения, которые уже обсуждались ранее, схема хорошо иллюстрирует одно из важных и характерных свойств системы. Циклы т, п, о я р (рис. 13.12) приводят к полной потере энергии, тем не менее они играют важную роль в системе. Вполне возможно, что, когда пурпурные мембраны переходят из состояния установившегося потока в состояние статического напора, снижение 1д + 1г + / + Ь точно или приблизительно компенсируется возрастанием /т + /п + + /о + /р. Этим можно объяснить тот факт, что суммарная скорость потребления энергии света в данном процессе оказы- [c.342]

БАКТЕРИОРОДОПСИН И ПУРПУРНЫЕ МЕМБРАНЫ ГАЛОБАКТЕРИЙ [c.145]

Широкое применение нашел метод ограниченного протеолиза в изучении топографии бактериородопсина. Так как молекула бактериородопсина в пурпурной мембране обладает довольно жесткой упаковкой, можно было ожидать, что ее участки, расположенные внутри мембраны, окажутся недоступными для макромолекул ферментов, в то время как области, экспонированные наружу, будут подвергаться ферментативному гидролизу. Ограниченный протеолиз везикул с правильной и обращенной ориентацией бактериородопсина позволил локализовать N- и С-концевые участки белка соответственно на наружной и цитоплазматической поверхностях мембраны. [c.608]

Ориентированные молекулы бактериородопсина в пурпурном пятне клеточной мембраны [c.712]

А — карта распределения электронной плотности в пурпурной бляшке (проекция на плоскость мембраны) одна из молекул бактериородопсина обведена пунктиром, ячейка двумерного кристалла — сплошной линией [c.105]

Единственной в своем роде мембраной является пурпурная мембрана бактерии На1оЬас1егшт ка1оЫит в ней содержится только один белок—бактериородопсин. Полная аминокислотная последовательность бактериородопсина не определена, однако установлена [27] последовательность аминокислот около места связывания фоторецептора (ретиналя) 01у-Уа1-5ег-Азр-Рго-Азр-Ьу8-Ьу5 -РЬе-Туг-А1а-Пе-Ме1 (звездочкой обозначено место связывания). [c.122]

Некоторые галофильные бактерии способны использовать энергию света для образования АТР с помощью процесса, который не похож на фотосинтез у растений или бактерий. В частности, Н. halobium используют для образования АТР обычное аэробное дыхание, если имеется в достаточном количестве необходимый для этого кислород. В условиях же нехватки кислорода в клеточной мембране этих бактерий появляются специфические пурпурные образования, так называемые заплаты (pat hes). Пигмент, обусловливающий их пурпурную окраску, представляет собой белок бактериородопсин. Последний служит фоторецептором в процессе превращения энергии света в протонный градиент, который в свою очередь является движущей силой синтеза АТР с помощью хемиосмотического механизма. Фоточувствительная пурпурная мембрана состоит из липопротеинового матрикса, причем с помощью дифракции рентгеновских лучей показано, что молекулы бактериородопси-на расположены в этой мембране в виде жесткой двумерной решетки. [c.377]

Пурпурная мембрана содержит 75% бактериородопсина — белка с М 26 000, образующего основание Шиффа с одной молекулой ретиналя. Молекулы родопсина уложены в такую правильную упаковку, что пурпурная мембрана может рассматриваться как двумерный кристалл . а-Спиральные участки составляют 70—80% полипептидной цепи. Хендерсон и Анвин [15] [c.183]

При изучении мембранных белков необходимо принимать во внимание присущие им необычные свойства. Высокое сродство этих белков к липидам и гидрофобность приводят к практически полной их нерастворимости в водных средах. Пептидные фрагменты, полученные при гидролизе мембранных белкоа. также плохо растворимы и обладают повышенной склонностью к агрегаиии. Эти и некоторые другие сложности встретились при исследовании структуры бактериородопсина — основного белка пурпурной мембраны гало-фильной бактерии Haloba terium halobium. [c.79]

Пурпурная мембрана представляет собой естественный двумерный кристалл. Молекулы бактериородопсина организованы в мембране в виде тримеров, прйчем каждый тример окружен шестью другими так, что образуется правильная гексагональная решетка (рис. 329). [c.606]

Бактериородопсин- белок пурпурной мембраны. При благоприятных внешних условиях бактерия Haloba terium halobium, растущая в среде, содержащей высокие концентрации солей, синтезирует мембранный белок (мол. масса 26 000), известный под названием бактериородопсин. Молекулы этого белка, имеющего пурпурный цвет, обусловленный присутствием в них ретиналя, образуют в клеточной мембране агрегаты в виде пурпурных заплаток . Бактериородопсин действует как активируемый светом протонный насос и таким образом снабжает клетки энергией. Было показано, что этот белок состоит из семи параллельных а-спи- [c.186]

Пурпурные мембраны ПМ, локализованные в цитоплазме клеток некоторых экстремально галофильных бактерий, например На1оЬас1егтт ваНпапит, содержат единственный гидрофобный пигмент-белковый комплекс ПБК бактериородопсин (молекулярная масса 26 000), молекулы которого располагаются в ПМ строго упорядоченно. [c.389]

Пурпурные мембраны Н. ка1оЫит обязаны своим цветом бактериородопсину, составляющему 50% (по другим данным еще больше) от общего содержания белков. Молекулы бактериородопсина, погруженные в гидрофобный мембранный матрикс, не рассеяны по мембране равномерно, а образуют гексагональную упаковку, повторяющиеся единицы которой состоят из трех молекул белка и около 40 молекул липида. 75% полипептидной цепи бактериородопсина закручено в а-спираль, образующую в [c.111]

При электронно-микроскопическом исследовании разрешение может быть ограничено многими причинами, главными из которых являются степень упорядоченности кристаллов и способ их подготовки к микроскопированию. Обычно такие кристаллы легко разрушаются электронным пучком и их приходится заключать в тонкие пленки контрастирующего вещества. Подобная процедура увеличивает радиационную стабильность кристаллов, повышает контрастность изображений, но значительно ухудшает разрешение. Предельное разрешение в этих случаях определяется зернистостью контрастирующего вещества (или размером его кристаллов) и не превышает 15-20 А. В ряду объектов, исследованных методами трехмерной электронной микроскопии, следует выделить бактериородопсин. В галофильных бактериях этот белок, функционируюшдй как светозависимый "протонный насос", организован в так называемые пурпурные мембраны - участки клеточной мембраны, содержащие бактериородопсин в кристаллической упаковке. Другими словами, бактериородопсин функционирует в клетке в форме двухмерных кристаллов, которые могут быть выделены в высокочистом состоянии. [c.201]

В гл. 5 уже упоминались пурпурные мембраны галофильных бактерий Я. ка1оЫит, которые позволяют этим бактериям выживать в анаэробных условиях. Пурпурный пигмент представляет собой один белок, бактериородопсин, в какой-то мере родственный зрительному пигменту, обнаруженному в дисках палочки сетчатки глаза млекопитающих. Этот белок имеет широкий максимум поглощения при 570 нм [5,26]. Поглощение света приводит к превращению формы, поглощающей при 570 нм, через ряд короткоживущих промежуточных форм в продукт, который поглощает максимально при 412 нм и возвращается путем обычной термической реакции к исходной форме с максимумом при 570 нм в течение нескольких миллисекунд. Все это явно сопровождается изменением конформации молекулы, причем частота конформационных переходов составляет около 100 Гц. При этом происходит выброс протонов во внешнюю среду и их захват из внутреннего пространства. Таким образом, в интактных клетках бактериородопсин действует как фотоиндуцированный протонный насос. В результате его работы бактерия может поддерживать необходимые ионные градиенты и фосфорилировать АДФ [11,38]. В силу относительной простоты системы есть все основания полагать, что этот протонный насос может оказаться первым примером механизма активного транспорта, который удастся расшифровать на молекулярном уровне. [c.337]

Клетки Я. halobium способны использовать энергию света для выброса протонов и синтеза АТР, несмотря на то что в них отсутствует хлорофилл. Было установлено, что перенос протонов происходит при работе бактериородопсина. Для этого выделенные пурпурные мембраны были реконструированы в замкнутые мембранные везикулы с помощью добавленных фосфолипидов. Такие везикулы имеют ориентацию мембраны, противоположную [c.146]

В пурпурных бляшках бактериородопсин составляет около 75% вещества мембраны. Остальное — фосфо- и сульфолипиды и кара-тиноиды. [c.106]

Вывернутые субмитохондриальные частицы (разд. 12.3.1) при окислении сукцината или NADH выделяют протоны в свое внутреннее пространство. Если смоделированные пузырьки приготовлены таким образом, чтобы ориентация их мембраны соответствовала ориентации мембраны вывернутых субмитохондриальных частиц с АТРазой на наружной поверхности, то тогда внутри таких пузырьков происходит закисление, как, например, при встраивании функционирующего комплекса П1, это сопровождается синтезом АТР на наружной поверхности. Особенно впечатляющим оказался результат встраивания в смоделированные пузырьки полученного из пурпурной мембраны бактерии Haloba terium halobium бактериородопсина — соединения сходного с родопсином сетчатки (гл. 40). При освещении эта структура перекачивает протоны из среды внутрь пузырька. Когда включали в пузырьки АТРазу митохондрий печени таким образом, чтобы сферические головки были на наружной стороне пузырьков, при освещении наблюдался синтез АТР. [c.448]

Эволюция внутренних мембран, очевидно, шла параллельно со специализацией их функций У некоторых современных бактерий есть такие участки плазматической мембраны, на которых определенные мембранные белки собраны вместе для выполнения ряда взаимосвязанных функций (рис 8-3, А) В качестве примера можно привести пурпурные мембраны Haloba terium, содержащие бактериородопсин, и хроматофоры фотосинтезирующих бактерий И те и другие можно назвать примитивными органеллами У некоторых фотосинтезирующих бактерий эти участки преобразовались в глубокие впячивания плазматической мембраны (рис 8-3, Б), есть и такие, у которых эти впячивания полностью отшнуровались и превратились в замкнутые мембранные пузьфьки, предназначенные для фотосинтеза Внутренняя поверхность этих пузьфьков топологически эквивалентна внешней поверхности клетки (рис 8-3, В) [c.9]

Как мы видели на примерах переносчиков кислорода и ферментов, описанных в предыдущих главах, рентгеноструктурный анализ является надежным методом изучения трехмерной структуры растворимых белков. Применим ли рентгеноструктурный анализ к мембранным белкам Трудность заключается в том, что до сих пор не удавалось получить интегральных белков мембраны в виде трехмерных кристаллов. Однако некоторые мембранные белки образуют правильную решетку в плоскости мембраны, т.е. двумерные кристаллы. Структурный анализ этих кристаллоидных форм удается осуществить с помощью электронной микроскопии в частности, такое исследование было с успехом проведено на пурпурной мембране НаЬЬасгепит /1а/оЬшт-бактерии, обитающей в соленой среде. Пурпурная мембрана-это специализированная область клеточной мембраны, содержащая бактериородопсин-белок массой 25 кДа, который превращает энергию света в трансмембранный протонный градиент, используемый для синтеза АТР (разд. 19.21). Были получены кристаллоиды в виде листка, или диска, диаметром до 1 мкм. Благодаря тому что в каждом из них содержалось около 20 ООО молекул бактериородопсина, можно было получить изображение, используя очень слабый пучок электронов и тем самым сводя к минимуму радиационные повреждения. Кроме того, для получения изображения с высокой степенью разрешения можно было брать неокрашенные препараты. Одно электронно-микроскопическое изображение кристаллоидного листка пур- [c.221]

Предприняты попытки встраивания молекул пигмента в искусственные системы и повыщения эффективности их использования. В частности, растущие бактерии Н. каЬЫит переносят в мелкие водоемы с высокой концентрацией КаС1 и других минеральных солей, в которых исключается загрязнение. У некоторых щтаммов половина клеточной мембраны покрыта пурпурным пигментом, и из 10 л бактериальной культуры можно получить 0,5 г пурпурных мембран. В таких биомембранах содержится до 100000 молекул родопсина. Биомембраны фиксируют на особой подложке, которая должна обладать всеми свойствами, необходимыми для обеспечения тока протонов, а не других ионов. В частности, для этих целей вполне пригодны пористые подложки, пропитанные липидами, которые, сливаясь с мембраной, сплощным слоем покрывают поверхность фильтра. Мембранные фрагменты можно смещивать и с акриламидом с образованием геля. Вместо создания плотных слоев молекул бактериородопсин и липиды могут создавать протеолипосомы, которые встраивают в структуры, обеспечивающие эффективное перекачивание протонов. [c.27]

При недостатке в среде О2 в ЦПМ галобактерий индуцируется синтез хромопротеина — бактериородопсина, белка, соединенного ковалентной связью с Сзо-каротиноидом ретиналем (рис. 104, А). Свое название хромопротеин получил из-за сходства с родопсином — зрительным пигментом сетчатки позвоночных. Оба белка содержат в качестве хромофорной группы ретиналь, различаясь строением полипептидной цепи. Бактериородопсин откладывается в виде отдельных пурпурных областей (блящек) на ЦПМ красного цвета, обусловленного высоким содержанием каротиноидов. При выращивании клеток на свету в условиях недостатка О2 пурпурные участки могут составлять до 50 % поверхности мембраны. В них содержится от 20 до 25 % липидов и только один белок — бактериородопсин. При удалении из среды солей клеточная стенка растворяется, а ЦПМ распадается на мелкие фрагменты, при этом участки мембраны красного цвета диссоциируют, а пурпурные бляшки сохраняются и могут быть получены в виде отдельной фракции. [c.419]

Весьма эффективным методом уточнения топографии мембранных белков, прежде всего точной локализации внемембранных участков, является использование моноклональных антител. Для получения гибридом использовались фрагменты бактериородопсина, полученные путем его расщепления протеолитическими ферментами. Наиболее ценными в этом случае оказались синтетические фрагменты коррелируя величину синтетического пептида и эффективность связывания соответствующего антитела, можно с высокой степенью достоверности зондировать выступающие из мембраны полипептидные петли. Ниже показана локализация различных антигенных детерминант молекулы бaктepиopoдoпtинa в пурпурной мембране (Г. Корана, И. Г. Абдулаев). [c.609]

Исследования молекулярных механизмов фотопревращений родопсина и бактериородопсина представляют собой важную область биофизики фотобиологических процессов, которая особенно бурно развивается в последние годы. Бактериородопсин Бр был обнаружен в пурпурной мембране галофильных бактерий (В. Стокениус, 1971), которая оказалась новым типом биологической мембраны, способной преобразовывать энергию света. Эта система, видимо, является наиболее простой из всех изученных систем запасания световой энергии в форме разности электрохимических потенциалов Н . Каждая молекула Бр содержит один хромофор-ретиналь (полиеновый альдегид) в комплексе с белком — опси-ном — единственным белком, который содержится в пурпурной мембране. Опсин использует энергию света для активного перемещения протонов через мембрану, в результате чего происходит синтез АТФ и обеспечивается выполнение других физиологических функций. В основе этого биоэнергетического процесса лежит фотохимический цикл превращений Бр. [c.388]

Уникальной особенностью таких природных кристаллов оказалась их очень высокая упорядоченность и радиационная стабильность. Последнее обстоятельство позволило провести их исследование без применения негативного контрастирования [610]. Методом электронной дифракции на таких кристаллах были определены амплитуды структурных факторов вплоть до разрешения 6-7 А в плоскости мембраны. Изображения неконтрастированных пурпурных мембран характеризуются низким контрастом (< 1%). Цифровая обработка их позволила рассчитать и значения фаз для этого набора структурных факторов. И хотя трехмерный набор данных, созданный в результате анализа "наклонных серий" изображений, имел разрешение в направлении нормальном к плоскости мембраны 14 А, реконструкция трехмерной структуры позволила описать не только внешнюю форму, но и внутреннее строение молекулы. Оказалось, что полипептидная цепь бактериородопсина, состоящая из 248 аминокислотных остатков, образует семь а-спиральных /лранс-мембранных сегментов (рис. 1.70). При этом общая высота [c.201]

Для полной расшифровки механизма действия мембранного белка очень важно знать его первичную структуру и расположение его частей в мембране. Бактериородопсин был первым белком, генерирующим Д яН+, для которого были полностью установлены первичная структура и локализация его фрагментов в мембране. Этот белок расположен в специализированных областях цитоплазматической ме.мбраны пурпурных бактерий, в так называемых пурпурных бляшках. Кроме этого он обладает свойством образовывать в мембране Н. halobium тримеры, причем каждый тример окружен шестью другими так, что образуется правильная гексогональная решетка, и мембрана пурпурных бактерий может рассматриваться как естественный двумерный кристалл. Эти особенности бактериородопсина позволили Р. Хендерсону и П. Ануин в 1975 г. с помощью рентгеноструктурного анализа построить молекулярную модель белка, изображенную на рис. 44. Семь а-спиралей пересекают мембрану, образуя замкнутую группу колонн высотой около 3,5 нм (рис. 44). [c.122]

При недостатке в среде О2 в ЦПМ галобактерий индуцируется синтез хромопротеида — бактериородопсина, белка, соединенного ковалентной связью с С20 Каротиноидом ретиналем (рис. 94, А). Свое название хромопротеид получил из-за сходства с родопсином — зрительным пигментом сетчатки позвоночных. Оба белка содержат в качестве хромофорной группы ре-тиналь, различаясь строением по-липептидпой цепи. Бактериородопсин откладывается в виде отдельных пурпурных областей ( бляшек ) на ЦПМ красного цвета, обусловленного высоким содержанием каротиноидов. При выращивании клеток на свету в условиях недостатка О2 пурпурные участки могут составлять до 50% поверхности мембраны. В них содержится от 20 до 25% липидов и только один белок бактериородопсин. [c.287]

Бактериородопсин является простейшей из известных протонных помп. Он отличается от всех прочих светозависимых или дыхательных протонных помп тем, что транспорт Н+ в нем не связан с переносом электронов. Последовательность фотохимических реакций бактериородопсина очень сложна (рис. 6.14) и выяснена еще не до конца. При освещении пигмент выцветает, и при этом происходит векторное освобождение протонов на наружной стороне мембраны. Обесцвеченная форма пигмента, обозначаемая через М , затем вновь превращается в пурпурную, что сопровождается захватом протона из внутриклеточного пространства. С помощью низкотемпературной и лазерной флеш-спектрометрии удалось различить целый ряд интермедиатов. Единственной группой белка, для которой в настоящее время установлено, что в фотоцикле происходит ее обратимое протонирование и депротонирование, является шиффово основание, связывающее ретиналь с белком (рис. 6.12). Оно протонировано в исходном пигменте и депротонировано в М-форме . [c.147]

Бактериородопсин представляет собой одиночный полипептид с массой 26 кДа, что значительно меньше, чем у всех других известных А 1Н-генераторов. Бактериородопсин локализован в специальных областях цитоплазматической мембраны Я. halobium — так называемых пурпурных бляшках, достигающих 0,5 мкм в диаметре. Других белков в бляшках нет, так что бактериородопсин выполняет свои функции самостоятельно. Обычно молекулы бактериородопсина in vivo образуют тримеры. Однако и в мономерной форме этот белок эффективен как протонный насос. [c.102]

Как было показано в разд. 3.5, перенос Ар,Н вдоль мембраны должен быть обязательным этапом утилизации световой энергии бактериями Н. halobium. У этих микроорганизмов более 50% площади цитоплазматической мембраны может быть занято пурпурными бляшками диаметром до 0,5 мкм. A iH, образуемая бактериородопсином, должна использоваться потребителями Ар,Я в областях мембраны, иных, чем пурпурные бляшки, поскольку других белков, кроме бактериородопсина, в бляшках нет. [c.198]

Рис. 6-38. Четыре способа офаничения латеральной подвижности белков плазматической мембраны. Белки могут ассоциировать в большие комплексы (как молекулы бактериородопсина в пурпурной мембране На1оЬас1епит) (А), могут связываться с комплексами макромолекул снаружи

Справочник химика 21

Химия и химическая технология