Fərdi bioloji membran sistemlərinin xarakteristikası. Bənövşəyi membran və bakteriorodopsin. Görmə rodopsini. Sitoxrom c oksidaza. Nəqliyyat adenozin trifosfatazlar (atpaza)

Download 3.29 Mb.
bet	1/5
Sana	02.12.2023
Hajmi	3.29 Mb.
	#109681

1 2 3 4 5

Bog'liq
Mühazirə 6

Fərdi bioloji membran sistemlərinin xarakteristikası. Bənövşəyi membran və bakteriorodopsin. Görmə rodopsini. Sitoxrom C oksidaza. Nəqliyyat adenozin trifosfatazlar (ATPaza).

b.ü.f.d., dos.Ruhiyyə Quliyeva

Bənövşəyi membran və bakteriorodopsin

Stokkenius (Stoeckenius) Walter (d. 1921), alman əsilli amerikalı bioloq. Hamburq Universitetini bitirib (1950), 1967-ci ildən San-Fransiskoda Kaliforniya Universitetinin Tibb fakültəsinin professorudur. Əsas əsərlər hüceyrə biologiyası, fotobiologiya, bioenergetika və bioloji membranlara həsr olunub. O, D.Osterçeltlə birlikdə bakteriorodopsini kəşf etmişdir (1971).
1971-ci ildə V.Stokkenius (ABŞ) və D.Osterhelt (Almaniya) əsas protein komponenti xromoprotein olan H.halobium hüceyrələrindən intensiv bənövşəyi membranları təcrid etdilər, o məməlilərin görmə aparatının zülalı bakteriorodopsinnə bənzətmə ilə adlandırılmışdır.
Bakteriorhodopsin 27 kDa inteqral membran zülalıdır, adətən "bənövşəyi membran" kimi tanınan iki ölçülü kristal sahələrdə tapılır və arxey hüceyrəsinin səthinin demək olar ki, 50% -ni tuta bilər.
Bakteriorhodopsin Halobacterium salinariumda işıqla idarə olunan proton nasosu kimi fəaliyyət göstərir. Funksional zülal apoproteindən, bakteriopsindən və yeddi transmembran alfa spiralından və kovalent şəkildə bağlanmış trans retinal xromofordan ibarətdir. Xromofor qrupu olaraq, bu membran zülalı 13-sis- və -trans-retinalın ekvimolekulyar qarışığından təşkil olunub.
H. halobiumun bənövşəyi membranının lipid komponenti diester analoqu fosfatidilqliserofosfat (50%), sulfoqlikolipidlər (30%), karotenoidlər və qeyri-polyar lipidlər ilə təmsil olunur. Məlum oldu ki, halofil mikroorqanizmlərdə bakteriodopsin hidrogen ionlarının qradiyenti yaradan işığa bağlı proton pompası kimi çıxış edir; bu qradientin enerjisi hüceyrə tərəfindən ATP sintezi üçün istifadə olunur (şək. 328). Başqa sözlə, halofil bakteriyaların fotosintetik maşını "xlorofilsiz fotosintez" kimi unikal funksiyanı yerinə yetirən kifayət qədər sadə zülal sistemi ilə təmsil olunur. O, "yaşıl" işığın enerjisini (500-650 nm, maksimum 568 nm) elektrokimyəvi proton qradientinə çevirir ki, bu da öz növbəsində ATP sintazası ilə ATP istehsalı üçün istifadə olunur.
Şəkil 328. Halobacterium halobium hüceyrələrində ATP-nin işıqdan asılı sintezi.
Duzun adətən bakteriyaları öldürməsinə və buna görə də uzun müddət, qida məhsullarının mühafizəsi üçün istifadə edilməsinə baxmayaraq, bəzi bakteriyalar çox yüksək konsentrasiyalı (4 M-ə qədər) xörək duzunun olduğu mühitlərdə yaşamaq qabiliyyətini inkişaf etdirmişdir. Belə mikroorqanizmlər halofilik adlanır (yəni "duz sevən"); onların arasında günəş işığının enerjisini çevirmək qabiliyyətinə malik olan Halobacterium halobiumi kulturası xüsusi yer tutmuşdur.
Bənövşəyi membran təbii iki ölçülü kristaldir. Bakteriorodopsinin molekulları membranda trimerlər şəklində təşkil edilir, hər trimer altı bucaq ilə əhatə olunur ki, müntəzəm altıbucaqlı qəfəs əmələ gəlir (Şəkil 329). Bu vəziyyət membranda bakteriorodopsinin üçüncü quruluşunu öyrənmək üçün birbaşa fiziki üsulları tətbiq etməyə imkan vermişdir. Molekulyar quruluşu müəyyən etmək üçün elektron mikroskopiya və analizin difraksiya üsullarının birləşməsindən istifadə edilmişdir.
Şəkil 329. Bənövşəyi membranların elektron sıxlığı xəritəsi
Bu vəziyyət membranda bakteriorodopsinin üçüncü quruluşunu öyrənmək üçün birbaşa fiziki üsulları tətbiq etməyə imkan verdi. Elektron mikroskopiya və difraksiya analizi üsullarının kombinasiyasından istifadə etməklə zülalın membran baxımından molekulyar strukturu 0,37 nm ayırdetmə qabiliyyəti ilə təyin olundu, polipeptid zəncirinin membrandaxili bölgələrinin ayırdetmə qabiliyyəti isə cəmi 1,4 nm-ə çatdı. Alınan elektron sıxlığı xəritəsi, müstəvisinə perpendikulyar istiqamətdə membranın bütün qalınlığına nüfuz edən zülal molekulunun yeddi seqmentini müəyyən etməyə imkan verdi. R.Henderson həmçinin bakteriorodopsin molekulunun hər bir seqmentinin a-spiral konformasiyasında olduğunu müəyyən edə bilmişdir.
Bakteriorodopsinin ilkin strukturunun aydınlaşdırılması demək olar ki, eyni vaxtda 1979-cu ildə Yu. A. Ovchinnikov et al. və ABŞ-da G. Koran et al. Zülalın polipeptid zənciri 248 amin turşusu qalığından ibarətdir ki, onların 67%-i hidrofobdur. Qeyd etmək lazımdır ki, bakteriorhodopsin quruluşu tamamilə açılmış ilk həqiqi membran zülalı idi. Bioloji membranların inteqral zülallarının struktur tədqiqində əsas maneələrdən biri onların aşağı həll olmasıdır. Membran zülalları sulu bufer sistemlərində praktiki olaraq həll olunmur və bu, ənənəvi formada proteolitik fermentlərin istifadəsini faktiki olaraq aradan qaldırır. Polipeptid zəncirinin parçalanması üçün əsasən kimyəvi üsullardan istifadə edildi və əldə edilən fraqmentlər qarışqa turşusunun konsentratlı məhlulu ilə tarazlaşdırılmış biogellərdə ayrıldı. Bakteriorodopsinin tədqiqində, mahiyyətcə, ilk dəfə olaraq membran zülallarının topoqrafiyasının təyin edilməsi prinsipləri tərtib edilmişdir. Polipeptid zəncirində hidrofobik və hidrofilik amin turşusu qalıqlarının paylanmasının təhlili onun membranda məkan düzülüşü haqqında nəticə çıxarmağa imkan verir.
Hidrofob bölgələr transmembran seqmentlər kimi görünür, hidrofilik bölgələr isə membrandan çıxır və zülal molekulunun fərdi membrandaxili a-spiral zəncirlərini birləşdirir. Bu cür analiz, membrandakı zülalın topoqrafiyasına dair elektron mikroskopik məlumatlarla yaxşı uyğun gələn bakteriorodopsinin ilkin strukturunda artan hidrofobluğun yeddi sahəsini aşkar etdi.
Bakteriorhodopsin necə işləyir? İşıq kvantının udulmasına cavab olaraq, bakteriorhodopsin fotokimyəvi çevrilmələr dövrünə daxil olur. Bu vəziyyətdə retinalın geri çevrilən izomerləşməsi baş verir, ardınca zülal molekulundan bir proton ayrılır və onun formaları 412 nm (M-412) maksimum udma ilə bakteriorhodopsin retinal qalıq və zülal arasında deprotonlaşdırılmış aldimin bağına malikdir.
Bakteriorhodopsin vasitəsilə protonun ötürülməsinin mümkün mexanizmi, hidrofil amin turşularının yan radikalları tərəfindən əmələ gələn və zülalın bütün qalınlığı boyunca uzanan bir hidrogen rabitəsi zəncirinin mövcudluğunu nəzərdə tutur. Protonun belə bir zəncir vasitəsilə vektor ötürülməsi, iki hissədən ibarət olduğu və işığın təsiri altında mikromühitini dəyişdirə bilən və bununla da bu bölmələri ardıcıl olaraq "bağlayan" və "açan" bir funksional qrup olarsa, həyata keçirilə bilər. Bakteriorodopsin molekulunda olan retinal aldimin (Lys-216 ilə) biri xarici, digəri membranın sitoplazmatik səthi ilə əlaqə quran protonların iki ehtimal olunan zülal keçiriciləri arasında belə bir "məkik" mexanizm kimi çıxış edə bilər (Şəkil 331). Hazırda müxtəlif laboratoriyalarda bakteriorhodopsinin proton keçirici yolunun təbiəti intensiv şəkildə öyrənilir. Bu istiqamətdə ən effektiv yanaşmalardan biri zülal mühəndisliyi metodlarından istifadədir ki, bunun da mahiyyəti sahəyə istiqamətlənmiş mutagenezdən istifadə etməklə gendə müvafiq kodonların dəyişdirilməsi yolu ilə bəzi zülal amin turşularının digərləri ilə əvəz edilməsidir.

Download 3.29 Mb.

1 2 3 4 5

Download 3.29 Mb.