Биосинтез белка

При электронно-микроскопическом изучении ультраструктуры хромопластов из растительных организмов после фиксации в растворах четырехокиси осмия наблюдался гранулярный материал, иногда называемый рибонуклео-протеидными, или рибосомоподобными, частицами. Существует мнение, что гранулярный материал хромопластов, выявляемый после контрастирования уранилацетатом с последующей фиксацией четырехокисью свинца, представлен рибосомами. Авторы, которые называют гранулярный материал рибосомами, отмечают, что последние большей частью разбросаны по всей строме пластид и редко бывают сгруппированы в полисомы. Однако именно полисомы являются центрами биосинтеза белка в биологических системах. Более того, даже данные о наличии рибосом в хромопластах какого-то определенного вида растений очень разноречивы. Так, например, S.Suzuki отмечает, Что рибосомы в хромопластах перца однолетнего наблюдаются на всех этапах созревания плодов. При этом в хромопластах полностью созревших плодов их количество заметно снижается по сравнению с более ранними этапами созревания. В то же время D.Simpson и др. указывают, что они не обнаруживали рибосом в хромопластах перца однолетнего ни на одной из исследованных стадий созревания плодов.

Полученные нами результаты свидетельствовали, что хромопласты моркови содержат компоненты рибосомных РНК и характеризуются высокой РНК-синтезирующей активностью. Это позволило предположить, что хромопласты способны синтезировать белки на собственной матрице. Для подтверждения этого проводились опыты по изучению биосинтеза белка в хромопластах. Параллельно проводили опыты по изучению белок-синтезирующей способности амилопластов белой моркови сорта Белая зеленоголовая.

Морковь
Морковь характеризуется высокой РНК-синтезирующей активностью

Для изучения биосинтеза белка цито-плазматичеекими органеллами обычно используют два подхода: включение меченых аминокислот в белки цито-плазматических структур интактных организмов с применением ингибиторов трансляции — циклогексимида и хлорамфеникола, которые могут избирательно выключать белковый биосинтеза на пластидных рибосомах, и включение меченых аминокислот изолированными органеллами с последующим фракционированием белков и идентификацией радиоактивности в отдельных фракциях. Поскольку нас интересовала только белок-синтезирующая способность хромо- и амилопластов без идентификации включения метки в отдельные белки, В. П, Лобов и И. А. Петров определяли общую радиоактивность суммарного кислото-нерастворимого материала пластид запасающих тканей корнеплодов красной и белой моркови после их инкубации в среде, содержащей меченую аминокислоту.

В настоящее время для изучения биосинтеза белка в хлоропластах наиболее часто используются бесклеточные системы, в которых источником энергии является АТФ, синтезированная интактными изолированными пластидами во время светоиндуцированной инкубации с мечеными аминокислотами. В таких системах энергией для биосинтеза белка обеспечиваются только хлоропласты, в то время как загрязняющие структуры, будучи лишенными источника энергии, не включают меченые аминокислоты в белок. Однако в таких системах не удобно изучать синтез белка в запасающих пластидах, поскольку свет не индуцирует в них синтез АТФ. Поэтому мы применяли несколько модифицированную систему, разработанную для хлоропластов высших растений, в которой в качестве источника энергии используется экзогенная АТФ.

Результаты включения 14С-лейцина в кислотонерастворимый материал хромопластов формирующихся корнеплодов красной моркови показали, что эти пластиды способны включать значительные количества меченого предшественника. Включение метки в кислото-нерастворимый материал хромопластов, выделенных из корнеплодов в середине вегетации (диаметр корнеплодов 6-8 мм), увеличивалось почти в 1,5 раза. При исследовании включения 14С-лейцина в хромопласты, выделенные в конце вегетации растений (диаметр корнеплодов 12-16 мм), отмечалось некоторое снижение радиоактивности кислото-нерастворимого материала этих органелл (табл. 1).

Изолированные амилопласты формирующихся корнеплодов (диаметр 3-5 мм) белой моркови также включали значительные количества 14С-лейцина в кислото-нерастворимый материал. Однако по мере увеличения размера корнеплодов в течение вегетации моркови белоксинтезирующая способность выделенных из них амилопластов резко снижалась. В середине вегетации (диаметр корнеплодов 8-10 мм) она была более чем в 10, а в конце вегетации (диаметр корнеплодов 16-20 мм) — более чем в 30 раз ниже, чем в амилопластах формирующихся корнеплодов.

Биосинтез белка

Рисунок 1 — Зависимость включений С-лейцина в белок хромопластов моркови сорта Харьковская Нантская (I) и амилопластов моркови сорта Белая зеленоголовая (2): а — начало, б — середина, в — конец вегетации; включение в отсутствие (с крестиком) и в присутствии (с точкой) хлорамфеникола в концентрации 100 мкг/мл.

Включение 14С-лейцина изолированными хромо- и амилопластами значительно подавлялось хлорамфениколом. Известно, что хлорамфеникол — ингибитор белкового синтеза на рибосомах прокариотического типа. Он ингибирует биосинтеза белка в бактериях и хлоропластах и не подавляет включения меченого предшественника в белки, синтезированные на цито-плазматических рибосомах эукариот. Следовательно, включение метки в кислото-нерастворимый материал обусловлено внутрипластидиым биосинтезом белка, а не возможной примесью цитонлазматических рибосом в препаратах пластид.

По мере увеличения продолжительности инкубации интенсивность включения С-лейцина в кислото-нерастворимый материал амило- и хромопластов снижалась. Это также свидетельствует о пластидном включении меченого предшественника, поскольку при сильном бактериальном загрязнении препаратов запасающих пластид отмечалась бы линейная зависимость включения 14С-лейцина от продолжительности инкубации.

Таким образом, изучение включения 14С-лейцина в кислото-нерастворимый материал показало, что хромопласты моркови на протяжении всего периода развития корнеплодов, обладают высокой белок-синтезирующей способностью. При этом отмечалась зависимость белок-синтезирующей способности хромопластов от стадии онтогенеза корнеплодов. Наиболее высокой способностью включать 14С-лейцин в белок характеризуются хромопласты, выделенные из моркови в середине вегетации корнеплодов.

Таблица 1 — Включение 14С-лейцина в белок в системе изолированных хромопластов корнеплодов красной моркови сорта Харьковская Нантская и амилопластов корнеплодов белой моркови сорта Белая зеленоголовая, имп/мин на 4 * 108 пластид.

Возраст, дни после посеваДиаметр, ммВариантВремя инкубации, мин
102060
Хромопласты
92
3-5Опыт26317 ± 460338224 ± 593752461 ± 9843
Контроль256 ± 49342 ± 37340 ± 59
112
6-8Опыт35004 ± 636559112 ± 1022474843 ± 11034
Контроль288 ± 53312 ± 42307± 50
138
12-16Опыт17217 ± 541225333 ± 489835656 ± 8481
Контроль351 ± 48330 ± 35308 ± 84
Амилопласты
100
3-5Опыт25197 ± 547235842 ± 619847417 ± 6881
Контроль249 ± 84300 ± 51307 ± 58
124
8-10Опыт1912 ± 3712814 ± 4943812 ± 783
Контроль252 ± 24217 ± 44268 ± 32
148
16-20Опыт924 ± 861232 ± 2041423 ± 231
Контроль307 ± 12292 ± 41296 ± 23

Между стадией развития корнеплодов белой моркови и белок-синтезирующей способностью амилопластов также установлена зависимость. Причем для запасающих пластид белой моркови она носит более выраженный Характер по сравнению с зависимостью, установленной для хромопластов красной моркови. Как и хромопласты, амилопласты формирующихся корнеплодов включают большие количества 14С-лейцина в белок пластид. Однако по мере увеличения размера корнеплодов включение метки в кислото-нерастворимый материал амилопластов резко снижается и в конце вегетации составляет всего 3 % исходного значения.

Высокая белок-синтезирующая способность хромопластов дает основания полагать, что наблюдаемый в хромопластах гранулярный материал представляет собой рибосомы. Следует отметить, что гранулярный материал, идентифицированный как рибосомы хромопластов, сходно с рибосомами хлоропластов фотосинтезирующих тканей, характеризуется несколько меньшими по сравнению с цитоплазматическими рибосомами размерами.

Литература: В. П. Лобов и И. А. Петров. «Хромопласты».

 

Получать интересное на почту

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *