Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

» восстановительных эквивалентов и формирование ТЭП (см. гл. 8).

Важное физиологическое значение регуляции внутриклеточного уровня низко молекулярных веществ путем их экскреции из клетки позволяет рассматривать эти механизмы как особый уровень регуляции метаболизма, который мы предлагаем называть мембранной регуляцией.

л.-

Глава 15. Регуляция клеточного деления и скорости роста клеток

Существует понятие о клеточном цикле — последовательности событий от одного деления клетки до другого. Клеточный цикл прокариотической и эукариотической клеток различается весьма существенно. Учитывая большую сложность организации клеток эукариот, проще начать с рассмотрения механизмов регуляции процессов клеточного деления и роста клеток прокариот, тем более что в биотехнологических процессах все большее распространение получает культивирование эукариотических клеток (даже растительных и животных) с использование подходов, применяемых для культивирования одноклеточных прокариот.

15.1. Последовательность событий в процессе деления клетки

Процесс клеточного деления у прокариот (а в значительной степени и у эукариот) включает следующие события в определенной очередности:

1) накопление «критической» клеточной массы (объема);

2) репликация ДНК генома;

3) построение новой клеточной оболочки (клеточной стенки и цитоплазматической мембраны);

4) построение клеточной перегородки (перетяжки);

5) расхождение дочерних клеток.

Некоторые из этих событий протекают одновременно, другие строго последовательно или вообще могут отсутствовать (как, например, построение клеточной стенки у микоплазм или расхождение клеток у сарцин и стрептококков).

Регуляция клеточного деления складывается из регуляции каждого из этих событий и организации их взаимодействия, при котором в клеточном делении устанавливается послед о ватель-

112

ность процессов (например, в норме репликация ДНК должна завершиться до построения клеточной перегородки) и вырабатываются сигналы для инициации следующего по порядку процесса.

15.2. Накопление критической клеточной массы и репликация ДНК

Это необходимые подготовительные этапы собственно клеточного деления. Следует отметить, что размер клеток каждого микроорганизма, растущего сбалансированно в стандартных условиях, является достаточно постоянной величиной, чтобы служить одним из таксономических признаков. В.Д. Донаши даже ввел понятие элементарной клетки, т. е. наименьшей, возможной для данного микроорганизма. Таким образом, существуют механизмы, включающие процесс деления клетки при накоплении ее пороговой массы. Наличие такой связи (положительного и отрицательного контроля) мы уже обсуждали при рассмотрении регуляции репликации в гл. 11.

15.3. Построение новой клеточной оболочки

Необходимо различать пролиферацию цитоплазматической мембраны и клеточной стенки (т. е. динамику накопления в них нового материала на протяжении клеточного цикла) и сегрегацию поверхностных структур (т. е. способ включения нового материала в пред существующие структуры, а именно, локализацию соответствующих центров, или сайтов включения новых фрагментов).

При изучении пролиферации используют, как правило, синхронные культуры микроорганизмов и изучают включение меченных радиоизотопами соединений (для мембранньгх белков — аминокислот, для мембранньгх липидов — глицерина, для мукопептида клеточной стенки — N-ацетилглюкозамина, диаминопимелино-вой кислоты или лизина и т.д.) путем равновесного (в течение длительного срока) или импульсного (кратковременного) введения этих соединений.

Таким путем установлено, что включение белков в цитоплаз-матическую мембрану Escherichia coli и Bacillus subtilis следует сложной кинетике, свидетельствующей о запасании предобразован-ных белков в цитоплазме, в период подготовки клеточного деления и быстрой их мобилизации — в процессе построения клеточной

113

перегородки. В период деления возрастает активность некоторых литических ферментов (в частности, муреингидролаз), участвующих в образовании «брешей» в пред существующем каркасе клеточной стенки, необходимых для включения новых ее фрагментов. Таким образом, регуляция активности этих ферментов осуществляется путем временного перевода их в скрытое (латентное) состояние с последующей мобилизацией в необходимый момент. Точных данных о механизмах такой регуляции нет, но можно полагать, здесь имеет место взаимодействие ферментов с мембранами (см. соответствующий раздел в гл. 13).

При изучении сегрегации поверхностных слоев также используют введение в эти структуры меченых предшественников с прослеживанием их судьбы через несколько генераций после переноса клеток на среду, не содержащую метки (так называемые эксперименты pulse-chase). Наблюдения обычно осуществляют методом электронно-микроскопической радиоавтографии, где в качестве метки используется тритий (Н3), который в силу небольшой энергии р-частиц дает на радиоавтографах короткие треки, удобные для определения мест локализации метки.

Другой подход — наблюдение за образованием и распределением маркеров структурных компонентов оболочки в течение нескольких генераций после их индукции. В этом случае удобно использовать специфические маркеры клеточной стенки (рецепторы фагов, колицинов, а также «матриксные» белки) или цитоплазматической мембраны (интегральные мембранные ферменты), или, наконец, такие общие маркеры, как жгутики.

Можно представить себе три основных способа локализации сайтов включения предшественников: консервативный (рис. 43а), полуконсервативный (рис. 436) и дисперсивный (рис. 43в). В первом случае после второй генерации лишь четверть клеток содержит маркеры, во втором случае — половина клеток, а в третьем — все клетки.

Вопрос о механизме сегрегации поверхностных слоев можно считать более или менее однозначно решенным лишь для кокко-видных форм бактерий в случае, если они характеризуются мономор-фным клеточным циклом и делятся в одной плоскости (например, стрептококки). Для этих форм разные экспериментальные подходы дают сходную картину, указывающую на полуконсервативный способ сегрегации. Для палочковидных форм бактерий сведения о способе сегрегации противоречивы.

Однозначное установление локализации мест включения мембранных компонентов затрудняется их значительной латеральной

114

Ноаый материал

Ноаый материал

Новый материал

_i_

Первая генерация

В терм генераши

а)

«ммммм«

***•*•••••**** ******

Ноаый материал

Новый материал

Первая генераши

Вторая генерация

б)

»¦*¦»»¦****¦¦*

******

******

Ноаый материал

Первая генераши

Вторая генерация

В)

Рис. 43. Три основных способа сегрегации компонентов оболочки; а) консервативный; б) полуконсервативный; в) дисперсивный; звездочками показаны маркеры

(в плоскости мембраны) подвижностью (за счет диффузии), составляющей, например, для липополисахарида наружной мембраны Escherichia coli около 1 мкм за 25 с. Кроме того, способ сегрегации может определяться скоростью роста микроорганизма: у медленно растущих клеток Escherichia coli он бл

страница 29
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Скачать книгу "Основы энзимологии" (0.9Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(16.09.2019)