МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 577.21

М.О.Саакян

Рентгенографическое исследование структуры клеточных стенок штаммов
Escherichia coli

(Представлено академиком К.Г. Карагезяном 12/VI 2002)

   Известно, что клетки Е.coli играют важную роль в жизнедеятельности организма человека [1]. На основе антибиотикочувствительности и влияния кислотности среды на рост и размножение штаммов Е.coli G35 нами выявлены некоторые особенности этих клеток, влияющие на состояние кишечной микрофлоры при ряде патологических состояний организма [2,3]. С другой стороны, до сих пор нет данных относительно структурной организации клеточных стенок штаммов Е.coli G35.
   Целью настоящих исследований было изучение структуры клеточных стенок штаммов Е.coli G35 с помощью рентгенографического метода.
   Выделение мембран из клеток Е.coli G35 проводилось по методу Айноэ [4]. Основным экспериментальным методом для изучения структуры мембранных суспензий являлся метод дифракции рентгеновских лучей. Образцы были изготовлены и исследованы по методу, описанному в работе [5]. Мембранную суспензию соответствующей концентрации вводили в капилляр или ячейку типа "сэндвич" и оставляли в герметически закрытом виде при комнатной температуре (to = 25C). Образцы были цилиндрическими или плоскими, с диаметром или толщиной 0.4 - 1.0 мм.
   Съемки проводили на рентгеновских аппаратах УРС-60, УРС-2 с модифицированными камерами типа КРОН, РКСО, предназначенных для исследования малоуглового рассеяния и дающих возможность проводить съемки на плоскую пленку. Расстояние образец-пленка 100 - 150 мм. В исследованиях были использованы рентгеновские трубки БСВ - 23, БСВ - 24В, дающие излучение в области длины волны 1.54 Е с напряжением на аноде 40 кВ при анодном токе 20 мА. Время экспозиции 10 - 14 ч. Для приготовления образца использовались кварцевые тонкостенные капилляры (производства ФРГ) с толщиной стенок 0.01 мм и диаметром 0.4 -1 мм. Фон от капилляров и ячеек практически отсутствует. В указанной области волн они не поглощают. Измерение рентгенограмм проводилось на измерительном приборе ИЗА-2, а для более точного измерения использовался фотометр Ф-2 . Приведенная точность касается только измерений.

Рис.1. Лауэграммы (рефлексы под большими и малыми углами) 15%-ной водной
суспензии клеточных стенок E. сoli

   При рентгенографических исследованиях появление на рентгенограммах системы параллельно расположенных мембран сопровождается возникновением рефлексов при дифракции рентгеновских лучей под малыми углами, в то время как структура внутри мембран определяется возникновением рефлексов под большими углами.

Рис. 2. Зависимость межплоскостного расстояния от концентрации мембран клеток
E. coli G35 N61 и E. coli G35 N49 в системе мембрана-вода

   Изучение мембран бактериальных клеток E.coli показало наличие рефлексов на рентгенограммах под малыми углами (рис.1), что указывает на возникновение системы с чередующимися регулярно расположенными мембранами с водными прослойками. Полученные рефлексы на рентгенограммах позволяют сделать вывод о жидкокристаллической структуре мембран изученных клеток E.coli. В то же время нечеткость этих рефлексов не дала возможности охарактеризовать толщину каждого слоя клеточных стенок бактерий. Рефлексы, полученные на рентгенограммах из водных суспензий природных и искусственных мембран с межплоскостным расстоянием 4.3 Å, характеризуют состояние углеводородных цепочек молекул фосфолипидов в мембране. Отсутствие дифракции при 4.3 Å указывает на аморфное состояние, окружности свидетельствуют о взаимном параллельном эквидистантном расположении молекул фосфолипидов в мембране. Отсутствие рефлекса на рентгенограммах клеток E.coli указывает на "жидкое" состояние мембран этих клеток.
   Важное значение в поддержании структуры мембраны играют мембраносвязанные и межбислойные фракции воды, которые контролируют латеральную диффузию гидратированных полярных групп липидов и белков, ионную проницаемость и работу мембраносвязанных ферментов.
   С целью выяснения закономерностей изменения межплоскостных расстояний малоугловых рефлексов и определения межмембранных расстояний для наиболее выраженных рефлексов были получены зависимости межплоскостных расстояний от отношения концентрации воды и мембран CB/CM (в гр/гр) для 25 - 55% мембранных суспензий изученных штаммов (рис. 2). Установлено, что межплоскостное расстояние почти не меняется в зависимости от концентрации мембраны в системе мембрана-вода в случае клеток E.coli G35 N61, в то время как для клеток E.coli G35 N49 по мере увеличения количества воды наблюдается его увеличение. По всей вероятности, при увеличении количества воды она полностью накапливается в межмембранном пространстве, приводя к линейному росту межмембранного расстояния.

     Институт молекулярной биологии НАН РА

 

Литература

     1. Бурд.  В кн.: Молекулярные основы генетических процессов. М. Наука. 1990. 477 с.
     2. Саакян М.О., Шагинян А.А., Пепоян А.З., Карагезян К.Г.  - ДНАН Армении. 2001. Т.101. N 2. С. 171-176.
     3. Пепоян А.З.  - ДНАН Армении. 2001. Т.101. N 3. С. 273-278.
     4. Inoye O.H., Pardce M.B.  - J. Biol. Chem. 1973. V. 245. P. 58/3.
     5. Balayan M.A., Vardevanyan P.O., Pepoyan A.Z. et. al.  - Memb. Cell. Biol. 1998. V. 11 N 5. P. 623-629.