Что такое галобактерии в биологии
ГАЛОБАКТЕ́РИИ
Том 6. Москва, 2006, стр. 331-332
Скопировать библиографическую ссылку:
ГАЛОБАКТЕ́РИИ (Halobacteria), класс аэробных хемогетеротрофных архебактерий. Г. – экстремальные галофилы, нуждающиеся в высоких концентрациях солей (не ниже 1,5 моль/л NaCl). Ок. 20 родов. Размер 0,8–15 мкм; имеют преим. палочковидную и кокковидную формы, иногда встречаются прямоугольные, треугольные и дисковидные. Палочковидные Г. передвигаются с помощью полярно расположенных пучков жгутиков. Грамотрицательные (палочки) или грамвариабельные (кокки). Часто в их клетках присутствуют пигменты каротиноиды, придающие им красную или розовую окраску. Некоторые Г. могут развиваться в анаэробных условиях при наличии в среде нитратов или аргинина, а также благодаря т. н. бесхлорофильному фотосинтезу, осуществляемому с помощью присутствующего в их цитоплазматич. мембране бактериородопсина. Ряд Г. (натронобактерии и натронококки) являются алкалифилами (растут только при рН выше 8,5). Клеточные мембраны содержат несвойственные др. архебактериям липиды, представляющие собой простые эфиры С 20 –С 25 изопреноидных спиртов (фитанола и др.) и фосфатидильных производных глицерина. Г. обнаружены в Мёртвом м., в Большом Солёном озере (США), соляных озёрах на юге России, а также в содовых озёрах Азии и Африки, в др. щелочных водоёмах. Они часто встречаются в солеварнях, могут развиваться в солёной рыбе, солонине и т. д. Образуемый Г. бактериородопсин может использоваться в фоточувствительных биосенсорах.
Галобактерии и фотосинтез
В последнее время ученых заинтересовали галобактерии, любители ржавой селедки. Они поселяются на соленой рыбе, живут в очень соленых морских бассейнах и озерах и даже в Мертвом море. Эти существа-клетки, выходцы из очень соленого мира, поразили исследователей оригинальностью устройства. Все в них было не так, как в привычной жизни, и это неудивительно, так как расцветают они в среде, в которой прочую живность можно лишь законсервировать. Но среди всех необычностей галобактерий самым ценным оказалось открытие, что внутренние перегородки-мембраны этих клеток содержат единственный белок, да еще похожий на тот, что имеется в палочках (!) нашего глаза. Тут требуется объяснение.
Во-первых, исследователей поразило близкое родство, обнаружившееся между белками таких далеких по организации, обязанностям живых телец, к тому же стоящих на разных концах эволюционной лестницы. Помимо того, что это подтверждает неновую, но очень важную мысль о некоем конечном числе основных кирпичиков природы, тут же невольно думается, что и в деятельности мембран галобактерий и глазной сетчатки есть хоть что-нибудь общее.
Во-вторых, перед ними оказался упрощенный донельзя вариант уже знакомых нам универсалов внутриклеточной деятельности — мембран. Биологи привыкли иметь дело с организацией невообразимой сложности — буквально напичканной белками, а тут вдруг святая простота.
Задача родопсина глаза была известна — дать сигнал: «вижу свет». Так что же за «глаза» обнаружились у галобактерий и зачем им видеть свет?
Другими словами, это простейший вариант фотосинтеза. Что это так, выяснилось сравнительно недавно. Раньше никто не знал, какую роль играют загадочные фиолетовые мембраны галобактерий. Потом возникла гипотеза. Она родилась у исследователей, занимающихся энергетикой клетки, тех из них, что придерживаются хемиосмотической теории Митчелла, — мысль, что в фиолетовых мембранах бактериородопсин служит генератором, переносит заряды с одной стороны мембраны на другую. А берется энергия из света, им же и поглощаемого.
Сейчас эта мысль полностью подтверждена опытом. Эксперименты велись в лаборатории Э. Рэкера в США. Сами по себе эксперименты можно было бы демонстрировать публично, как одно из чудес современной науки. Там исследовались микропузырьки из фосфолипидов, начиненные мембранами с бактериородопсином. Сначала удалось доказать, что такие пузырьки действительно поглощают протоны. Это сделал Рэкер. Затем ученые пошли еще дальше: установили, что действительно образуется градиент концентрации и одновременно с ним электрическое поле. Удалось даже прямо измерить разность электрических потенциалов. И наконец, в опыте Рэкера и Стохениуса были поставлены все точки над «і», в пузырьки добавили АТФ-синтетазу и наблюдали при облучении синтез АТФ.
Итак, это фотосинтез, но без хлорофилла и без длинной цепи переноса электрона, включающей в себя десяток белков.
Зачем понадобилось возиться с галобактериями столь упорно, вероятно, уже понятно до некоторой степени из самого рассказа о ходе событий. Удалось получить убедительное свидетельство справедливости упомянутой выше хемиосмотической теории, ее основного постулата, что внешняя энергия, поступая в клетку, преобразуется в энергию электрического поля. Это сулит надежду, что в проблеме фосфорилирования наступит какая-то ясность. Кроме того, само по себе открытие в природе совершенно нового типа преобразования энергии — достаточная сенсация.
Но это еще не все. Как всегда, открытие родило или возродило новые проблемы. Например, такую: зачем же природа, изобретя прямой и несложный путь употребления солнечной энергии — галобактерии, затем обратилась к обходному, к электроно-транспортной цепи и хлорофиллу. Умозрительные предположения можно делать уже сейчас: вероятно, галобактерии — путь побочный, отдельная тропочка эволюции. Свернуть на нее с основной дороги, по которой уже двигались группы организмов — предшественников нынешнего растительного мира, природа не смогла. К тому же нынешняя «цепочка» более эффективна, выгодна, гибка и т. д. Уверенный же ответ на этот вопрос откроет исследователям еще некоторые из не скрытых пока механизмов в сложнейшей машине фотосинтеза.
Автор: С. Самсонов, кандидат биологических наук.
