Введение к работе
Актуальность проблеми» Установление деталей строения фотосинтетического аппарата хлоропластов позволяет глубже пенять особенности функционирования фотосинтезирующих организьіов.Ра-боты по изучению биогенеза хлоропластов под вездеистокем света вносят значительный вклад в ату область исследован»ft.Такой подход позволяет проследить за изменением свойств внутренних мембран пластид при их развитии от пропластиды до сфор:,с!рован-ного хлоропласта и выявить роль их составите частей, нрэзде всего, поляршх яипидов, пигкентов, а также белхоз мембран в этом процессе» После/vie наряду с фосфолипидщга все еще являются наименее изученными компонентами хлоропластоз вцекое растении. До сих пор недостаточно изучени но только их какротопография s ультраструктуре хлоропластоз, но и их химический состав, а также место их синтеза в растительной клетке. Цель и задачи исследования. Работа посвящена научению белков и фосфолипидов мембранной системи пластид при биогенеэз хлоро-пластов. Основное внимание было уделено следугацим вопросам;
изучению морфогенеза пластид на ранних этапах диіференщіа-ции хлоропластоз;
исследованию содержания отдельных фосфолипидов мембран пластид на разних этапах биогенеза хлоропластсв;
изучению биосинтеза фосфолипядов гл. VWO в процессе биогенеза хлоропластов;
установленню аминокислотного состава суммарнідс белков мембран на разннх стадиях формирования ламелл пластид;
*- изучению биосинтеза суммарных белков мембран uv vivo на разних этапах биогенеза хлоропластов;
разработке эффективного метода разделения кембрштэс белков в полиакриламндном геле, позволяющего анализировать как наиболее гидрофобные белки мембран, так и свободные от липкдоо препараты мембран;
изучению состава и свойств гидрофобных гликолипепротеидов проламеллярной к ламеллярной систем, пластид.
Научная новизна работц. На разных стадиях биогенеза хлоропластоз впервш изучены изменения б составе отдельных фосфолипидов' мембран и их биосинтез in, V'UTO , а также фракционной состав, молекулярный вес, аминокислотный состав и биосинтез uvVivo
.'.!CC!:nsc:-r-'>"i . . Л-.лїі'.,.'.
'.1.;;... <А-г5%чч
и in, tfitro наиболее гидрофобных компонентов мембранной систе-l*h пластид - гликолипопротеидов. Сформированы представления о ключевой роли гликолипопротеидов в структура и функциях ыекб-ран при биогенезе хлоропластоа.
Практическая ценность работы. Знания о структура и функциях хлоропластоз имеют большое значение как для развития фундаментальных теоретических представлений о молекулярной организации субклеточных структур фотосинтезирующих организмов, так и для кспользозапия их в практике. Высшие растения являются основным источником растительного (в том числе кормового) белка на Земле. Исследования в зтоіі области знания затрагивают коренные проблемы фотосинтеза и, в коночном итоге, имеют важно значение для усиления селекционной работы, направленной на повышение содержания белка в зерноонх и кормсвых культурах и выведение новых сортоз интенсивного типа с высоким содержанием белка и сбалансированием аминокислотным составом.
АпгіОбдітия тгебсти. Результаты работы доложены на заседаниях Московского отделения всесоюзного биохимического общества при АН СССР (26 декабря 1973 г. и 15 февраля 1976 г.) и на весенней конференции молодых ученых Института биохимии иц. Л.Н.Баха в 1975 г.
Ь'.атер*/.алы диссертационной работы дважды отмечены 3 премией з конкурсах на лучшую работу Института биохимии им. А.Н.Баха АН СССР за 1974 и 1975 гг.
Рубрикации. 1!атериаяы диссертации опубликованы в 10 статьях. СрЧеч уіботч. Диссертация изложена на 150 стр. текста к содержит 7 таблиц и 7 рисунков. Список литература включает 257 публикаций.
За последние десять лет в области биологик резко возросло число публикаций, посвян'.ешых проблеме дифференциации хлоро-пластов. Интерес к изучению этих важкзйших органелл растительной клетки не случаен. Он определяется не только тем, что хлоропласти содержат уникальные по своим функциям генетические систезщ, основой которой слуэгит ДНК, но и той ведущей ролью.
которую играют хлоропласти в осуществлении присущих только им Функций фотосинтеза и фосфорплированпя, снаб;2Я в конечном счете остальную клетку углеводами и АТФ. Процессы формирования ламеллярной системы хлоропластов имепт непосредственное отношение к проблеме биогенеза зті:х оргапелл. Хотя ни у кого не вызывает сомнения, что с внутренними мембранами хлоропластов связали кх главные функции: поглощение кЕан-та света, перепое электронов и фотофесферяларозакке, тр^:с- . порт через мембрану многих субстратов, кофакторов и ноноз.а такае биосинтез белков мембран ассоципрозакішо с нвкл рибосомами, в литературе о строении хлоропластов имеются пока еще малочисленные сведения о ли по протеидах, образуютах мембраны хлоропластов, и об организации белковых, лтедных и углеводных компонентов в этих мембранах.
В' работах последних лет все чаще приводятся доказательства участия ядерного и собственного гекомез как в Доркгро-ваина ламеллярной система хлоропластов, так и в процессе их биогенеза в целом. Однакова настоящее время ми не кс~.ек удовлетворительно ответить па один из главных вопросов 6пох:і.\:пп хлоропласта: почему не все компоненты хлоропластоз к'одпруют-ся ядерными генами и какие уникальные особенности белков, кодируемых в геноме хлоропластов, требуют того, чтобы ішформг- . цая для их биосинтеза п процесс ах биосинтеза осуществлялась внутри самих хлоропластов.
Чтобы ответить хотя бц на один из этих вопросов, несбхо-' ддмо, прежде всего, иметь гочіше йиаиия о молекулярном составе и структуре мембран хлоропластов. Однако,даяе главные компоненты этих мембран, в частности, фосфолЕппды, до слх пор изучены ке достаточно. Еще меньше сеєдспий имеется о молекулярное организации в ламеллах хлоропластов различных классов липидоз, белков и построенных из них систем, осущиствлястах многочисленные реакции, в том числе и реакции фотосинтеза. Убедительным доказательством того служат целая серия альтернативных мсделеЗ строения мембраны тилакоида (КроГ-Ц, JS63, 1964,1966; Кюлеталер и др.,1965; Брентон, Парк,1867; ЗаЛзр, Бенссн,1967; Арнцен и др.,1969; Островская и др.,1969; Еа-ХОВ.І969). Они хотя в отражают многие из основных свойств да-
меллярпой системы хлсроплпстов, НО ЯВЛЯЮТСЯ'СЛИШКОМ "ЖЄСТІШ-uz", чтобы удовлетворительно объяснить ту удивительную изменчивость химического состава, которая характерна для лачелляр-ной системи хлоропластсв в процессе их биогенеза.
Знания о различиях полярных липидах, являющихся важнейшей составной частью липопротепдоз ламелл хлоропластов, далеко не сразу достигла тех позиций, которые они теперь столь прочно заппмаэт в проблеме изучения структурной организации лппопро-теидщіх комплексов ламеллярнод системы хлоропластов. Несмотря на то, что интерес к изучению полярних липидов и выяснению их роли в структуре и функциях ламелл хлоропластов в самое последнее время значительно возрос (Мури др., 1970; [Ц/мида, 1Іуд,І970; Вннтермаїтс, IS7I; Кениг, IS7I; Молчанов, 1971,1972, 1974; Молчанов, 'Ілгирев, 1972; Новицкая, 1972; Вечер и др., 1972; ЕІтуьіПф, Каннангара, 1972; Шакц и др., 1972; Макепдер, І2Ч, 1974; ГІсІінцелот, Дей, 1974), интерес к изучению белковых коасонелтоз этих мембран не только не ослаб, но, паоборот,еще более усилился (Сан и др., 1970; Махольд и др., 1971, 1972; Реии, IS7I; Герг,:ан, 1571; Мєнке, Руппель, 1971; Герман, Майстер, Г972; Левине и др., 1972; Регер а др., 1972; Елайр, Эл-лзс, 1972, 1273; Лгллием, Эллис, 1974; Эллис, 1975; Нпльсен, 1975; Сидлл, Зллис, 1975; Нола», tiap.K, 1975). Несомненно, это связано, пренде всего, с той ведущей функциональной и структурной роль», которую играют многочисленные белковые компоненты ламелл хлоропластов в осуществлении этими органелламя их космической, по выражению К.А.Тимирязева, роли на Земле, а именно, в осуществлении ииа процесса фотосинтеза.
Нала интересы балл сосредоточены, главным образом, на одновременном сравнительном изучении состава и свойств фосфоли-сидоз и ряда белковых компонентов ламелл при биогенезе хлоре— слзстоз. Такой подход к изучению столь различных по своей химической пряроде составных частей мембран, какими являются их белковые компоненты и фесфолипяды, позволяет более строго подойти к оценке полученных результатов и в некоторых случаях сделать выводы, которые нельзя получить: при дифференцированном подходе к изучению названных компонентов мембраны. Проведенная нама в ряде случаев одновременная оценка состояешя бед-'
ков»х компонентов мембран и фосфолппидсв ваяна еще и потому, что Diiccize растения выращиваются, в отличие от бакгерп2 ала водорослей, в довольно непостоянна* и трудно контролируемых шкроусловиях. Особенно заметно эти обстоятельства пак-., ладывают свой отпечаток на состояние различных компонентов мембраны на ранних этапах биогенеза хлоропластоз, когда процессы перестройка мембран и внедрения в hex нових функциональных а структурних компонентов протекают довольно бурно.