Получение фотогальванических элементов с использованием бактериальных мембран

Другой механизм превращения энергии существует у галофильных бактерий. Halobacterium halobium используют энергию света, поглощаемую пурпурным пигментом бактериородопсином, находящимся в мембране клеток. Этот белок с необычными свойствами был выделен и описан в 1973 году У. Стохениусом и Д. Остерхельтом. С его помощью бактерии улавливают энергию Солнца. Поглощение света вызывает химические и физические превращения в молекуле пигмента, приводящие к переносу протонов с одной стороны мембраны на другую, при этом создаётся электрохимический градиент. Разность потенциалов может быть использована для генерирования электрического тока.

Бактериородопсин несложно выделить из бактерий. Для этого бактерии помещают в воду, где они переполняются водой[72] и лопаются. Мембраны, содержащие бактериородопсин, не разрушаются в воде из-за прочной упаковки молекул пигмента, которые образуют белковые кристаллы — так называемые фиолетовые бляшки. В них молекулы бактериородопсина объединены в триады, а триады — в правильные шестиугольники. Бляшки крупные, легко отделяются центрифугированием. После промывания осадка получается паста фиолетового цвета. На 75 % она состоит из бактериородопсина и на 25 % из фосфолипидов, заполняющих промежутки между белковыми молекулами.

Бактериородопсин устойчив к факторам внешней среды: не утрачивает активность при нагревании до 100 °C, хранится в холодильнике годами, устойчив к кислотам и химическим окисляющим агентам. Устойчивы и фосфолипиды фиолетовых бляшек.

H.halobium можно культивировать в водоемах с высокой концентрацией хлористого натрия и других минеральных солей. Из 10 литров бактериальной культуры получают 0,5 грамма мембран, содержащих 100000 молекул пигмента. Бактериородопсин осаждают с помощью катионов кальция или другим способом. Пигмент можно фиксировать на подложках, обладающих физическими и химическими свойствами для транспорта протонов, и создавать на их основе системы, генерирующие электрический ток. При освещении таких систем на мембране обнаруживается электрический потенциал, то есть бактериородопсин функционирует как генератор электрического тока. В лаборатории В. П. Скулачева были созданы фотогальванические элементы для генерирования тока силой 800 мкА. В них применялись мембранные фильтры, пропитанные фосфолипидами с бактериородопсином и хлорофиллом. Такие фильтры, соединенные последовательно, могут служит в качестве электрической батареи.

Бесклеточные белоксинтезирующие системы (ББСС)

ББСС используются для изучения матричной активности иРНК и анализа транслируемых с них полипептидов. В их состав входят: рибосомы, матрица (искусственная или природная РНК), белковые факторы трансляции, аминоацил т-РНК, АТФ, одновалентные и двухвалентные катионы (К, Са), буферный раствор для поддрежания гомеостаза, аминокислоты. В генной инженерии бесклеточные белоксинтезирующие системы используются для исследования кодирующего потенциала и механизмов экспрессии клонированных генов in vitro, и на промежуточных этапах конструирования рекомбинантных генов для идентификации мРНК или фрагментов ДНК по кодируемым белкам.

По происхождению компонентов ББСС можно классифицировать как прокариотические и эукариотические. Наиболее распространенные прокариотические белоксинтезирующие системы — на основе экстрактов из кишечной палочки (E.coli). Из эукариотических белоксинтезирующих систем для трансляции матриц эукариот применяют 2 основные системы: из ретикулоцитов кролика и из зародышей пшеницы. Эти системы являются универсальными, в них можно транслировать любые матрицы.

Для проведения анализа готовят реакционную смесь, состоящую из ретикулоцитного лизата или экстракта зародышей и смеси аминокислот, меченых аминокислот, АТФ, буфера, матричной РНК и других компонентов. Смесь инкубируют, после чего проверяют включение метки во вновь синтезированные белки (по радиоактивности) и тестируют белки с помощью электрофореза.

Трансляция in vitro полезна при уточнении роли отдельных компонентов системы синтеза белка, так как их можно удалять и добавлять по мере необходимости. Ее использование помогает при расшифровке генетического кода. В некоторых бесклеточных системах транслируют предварительно очищенную мРНК или используют эндогенную мРНК, присутствующую в полисомах. В других белоксинтезирующих системах — системах сопряженной транскрипции и трансляции, — синтез мРНК и ее трансляция рибосомами идут одновременно. В качестве матричной РНК также используются искусственные полинуклеотиды известного состава. В настоящее время механизмы трансляции in vitro применяются и для определения механизмов распределения белка по различным внутренним компартаментам. Подробнее можно почитать здесь: бесклеточные системы синтеза белка.

ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ «КУЛЬТУРЫ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК»

1. Артамонов В.И. Биотехнология — агропромышленному комплексу. М.: Наука, 1989. 160 с.

2. Артамонов В. И. Сельские профессии биотехнологии. М.: Изд-во МСХА, 1992. 127 с.

3. Атанасов А. Биотехнология в растениеводстве. Новосибирск: ИЦ и Г СО РАН, 1993. 241 с.

4. Баулина О.И., Лобакова Е.С., Корженевская Т.Г., Бутенко Р.Г., Гусев М.В. Ультраструктура клеток женьшеня и цианобактерии Chlorogloepsis fritschii в ассоциации при культивировании в темноте. // Вестник Московского университета. Сер. Биология. 1995. № 2. С. 3–16.

5. Бекер М.Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. М.: Агропромиздат, 1990. 334 с.

6. Беккужина С.С., Никифорова И.Д. Клональное размножение и тестирование на солеустойчивость растений — регенерантов яровой пшеницы. // Новые методы биотехнологии растений. Тез. II российского симпозиума. Пущино, 1993. С. 113.

7. Биотехнология. / Под ред. А.А. Баева. М.: Наука, 1984. 309 с.

8. Биотехнология сельскохозяйственных растений. М.: Агропромиздат, 1987. С.241–244.

9. Блинов А.Г. Бесклеточные белоксинтезирующие системы. // Методы молекулярной генетики и генной инженерии. Новосибирск: Наука, 1990. С. 80–86.

10. Борисюк Н.В. Молекулярно — генетическая конституция соматических гибридов. // Биотехнология. Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР. М., 1988. Т. 9. С. 73 -113.

11. Борнман X. Реконструкция клеток растений: Brassica в качестве объекта изучения. // Биология культивируемых клеток и биотехнология растений. М.: Наука, 1991. С. 85–95.

12. Бутенко Р.Г. Изолированные протопласты растений — объект и модель для физиологических исследований. // Культура клеток растений. М.: Наука, 1981. С. 69–84.

13. Бутенко Р.Г. Клеточные технологии для получения экономически важных веществ растительного происхождения. // Культура клеток растений и биотехнология. М.: Наука, 1986. С. 3–20.

14. Бутенко Р.Г. Культура изолированных тканей и физиология морфогенеза растений. М.: Наука,1964. 272 с.

15. Бутенко Р.Г. и др. Клеточная инженерия. — М.: Высшая школа, 1987.

16. Валиханова Г. Ж. Биотехнология растений. Алматы: Конжык, 1996. 272 с.

17. Валиханова Г.Ж., Рахимбаев И.Р. Культура клеток и биотехнология растений. Учебное пособие. Алма-Ата: изд. КазГУ, 1989. 80 с.

18. Высоцкая О.Н. Длительное сохранение in vitro коллекции растений земляники. // Физиология растений. 1994. Т. 41, № 6. С. 935–941.

19. Высоцкий В.А. Клональное микроразмножение растений. // Культура клеток растений и биотехнология. М.: Наука, 1986. С. 91 — 102.

20. Глеба Ю.Ю. Гибридизация соматических клеток растений. // Культура клеток растений. М.: Наука, 1981. С. 85–91.

21. Глеба Ю.Ю., Зубко М. К. Теоретические и прикладные аспекты клеточной инженерии растений // Биотехнология. Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР. М., 1988. Т. 9. С. 3–72.

22. Глеба Ю.Ю., Сытник К.М. Слияние протопластов и генетическое конструирование высших растений. Киев: Наук, думка, 1982. 104 с.

23. Дмитриева Н.Н. Проблема регуляции морфогенеза и дифференциации в культуре клеток и