Дифференциальное центрифугирование клеточных структур (часть 1)
В настоящее время представилась возможность проводить исследования на различных научных уровнях. По Косоверу (1964) различают следующие уровни:
Для изучения процессов, совершающихся на клеточном уровне, исследователи в последние годы стали широко применять метод дифференциального центрифугирования, который является одним из наиболее распространенных приемов изучения различных органоидов клетки, в частности изучения роли тяжелых металлов. Используя этот метод, Литлтону (Littleton, 1960) удалось показать положительную роль марганца в стабилизации рибосом из зародышей пшеницы, которые диссоциируются, если в среде отсутствуют ионы марганца. Так как рибосомы являются в клетке центрами синтеза белка, то вполне вероятно, что ионы марганца имеют также определенное значение в этом процессе.
Данные Кентен, Ману (Kentenn, Manu, 1957) свидетельствуют об окислении двухвалентного марганца в трехвалентный под влиянием действия изолированных хлоропластов на свету (марганец участвует в окислительновосстановительных реакциях фотосинтетического цикла).
В лаборатории Д. Арнона (1962) показано, что фиксация углекислоты изолированными хлоропластами усиливается марганцем только в сочетании с аскорбиновой кислотой. Марганец играет роль активатора системы изолированных хлоропластов с реакционноспособным комплексом малатдегидрогеназы, поэтому возможно некоторое участие марганца в восстановительных реакциях фотосинтеза.
Браун с соавторами (1962) получили препараты хлоропластов из лаконоса американского (Phytolacca americana), гледичии колючей (Gleditschia triacanthos), свежего и замороженного огородного шпината (Spinacia oleracea). Способность этих препаратов осуществлять реакцию Хилла понижалась при обработке версеном и промывании бидистиллятом. Добавление марганца восстанавливало эти реакции до 40%. Двухвалентный и семивалентный марганец оказывают одинаковое влияние на усиление интенсивности реакции Хилла. У хлоропластов элодеи (Elodea) и ряски (Lenina minor) при недостатке марганца отмечается образование многочисленных пар и тетрад. В нормальных условиях эти образования наблюдаются редко.
По данным Габерман (Haberrnan, 1960), добавление к суспензии хлоропластов каталазы, этилового спирта и хлористого марганца в концентрациях 0—6 м на 3 мл увеличивает при самых малых количествах марганца интенсивность поглощения кислорода. Действие марганца на обмен кислорода при фотохимических реакциях автор объясняет ускорением образования и распада перекисей за счет ОН-групп при фотолизе воды.
Спенсер, Поссингем (Spenser, Possingham, I960) изучили влияние макро-и микроэлементов на реакцию Хилла. Недостаток марганца, меди, цинка и других микроэлементов, а также азота, фосфора и калия снижают интенсивность реакции Хилла. Изучается специфичность процесса конверсии квантов света в макроэргические связи АТФ, его отличие от окислительного фосфорилирования в митохондриях. На изолированных хлоропластах показано, что АТФ является продуктом фотохимической реакции, протекающей при участии пигментной системы хлоропластов. Идентифицированный восстановитель ТПН образуется также в хлоропластах.
Спенсер, Поссингем (1961) сравнивали интенсивность фотофосфорилирования и активность системы выделения кислорода в хлоропластах, выделенных из шпината, в условиях недостаточного и нормального содержания марганца. Оказалось, что недостаток марганца приводит к уменьшению фосфорилирования с участием флавинмононуклеотида 50—70%. При этом уменьшается скорость реакции Хилла. Марганец принимает участие не только в процессе фотосинтетического фосфорилирования, совершающегося в хлоропластах, но и в окислительном фосфорилировании, происходящем в митохондриях и служащим одним из источников энергии для различных форм синтеза.
В работах Фриберна, Реммерта (Freebairn, Remmert, 1957) показано участие марганца в окислительном фосфорилировании субклеточных частиц капусты. При использовании в качестве субстратов щавелевоуксусной, фумаровой, янтарной или глутаминовой кислот отношение фосфора к кислороду (P/О) равнялось 2—3. Больше трех (3,8) оно было получено только с альфа-кетоглутаровой кислотой. Максимальные величины были отмечены при добавлении в реакционную смесь ДПН, ТПН, АТФ, глутатиона, попов магния и марганца.
Для более полного выяснения роли макро- и микроэлементов в функциональных процессах различных органоидов клетки необходимо изучить их локализацию в отдельных клеточных структурах.
Нейш (Neish, 1939), анализируя золу листа и хлоропластов, обнаружил в хлоропластах значительную концентрацию железа и меди. Медь (90—100%) оказалась растворимой в 10%-ной уксусной кислоте и находилась в форме комплексов. По данным А. С. Вечера (19(32), магний, железо, цинк, медь и в некоторой степени марганец и кобальт локализуются в пластидах. Это, вероятно, связано с их физиологической ролью в растительных организмах. Аналогичные результаты по аккумуляции ионов металлов (натрия, калия, магния, кальция) в хлоропластах получены и другими исследователями (Stocking, 1962).
