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 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 ¹⁴

С-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 ¹⁴

С-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

С-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. 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 ¹⁴

С-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 ¹⁴

С-лейцина от продолжительности инкубации. Таким образом, изучение включения

С-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 ¹⁴

С-лейцин в белок характеризуются хромопласты, выделенные из моркови в середине вегетации корнеплодов.

Таблица 1 - Включение ¹⁴

С-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 * 10

пластид

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 ¹⁴

С-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".