Введение к работе
Актуальность проблемы. АТР-еинтаза язляется ключевым ферментом энергообеспечения растительной клетки. Она состоит из двух секторов - водорастворимого (стц), самостоятельно Функционирувде-го как пїдролаза, и мембраносвязанного (ср0), формиру-сщего в мембране протонный канал и вместе с F,, участвующего в синтезе АТР. К настоящему моменту достигнуты значительные успехи в установлении субъединичного (GS) состаза ферментного комплекса и его генетического контроля, а также в поштмании функциональной роли субъ-едкниц. Однако детальний механизм функционирования АТР-синтазы пока не установлен. Необычные структурные' и каталитические характеристики фермента привлекают к нему внимание ученых в связи с изучением взаимосвязи меяду структурой и функцией фермента.
Одним из подходов, приводящих к конкретизации данных, касающихся функционирования фермента, является выявление Функциональной роли отдельных аминокислотных остатков основных каталитических СЗ. Наиболее распространенные приемы, используемые з решении этой задачи, основываются на применении сайт-направленного мутагенеза или на модификации определенных аминокислотных остатков химическими аналогами субстрата АТРазной реакции.
Используемый в данной работе прием по выяснения роли амино- . кислот СЕ основан на подробном изучении и сопоставлении, с одной стороны, основных физико-химических характеристик АТРазного комплекса хлоропластов растительных объектов, а с другой стороны, особенностей аминокислотных последовательностей (АЛ) каталитических СЕ, обусловливающих проявление этих характеристик.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение изменчивости биохимических признаков АТРазы хлоропластов некоторых растений и анализ АП CS данных и других объектов для установления связи меяду структурой и функцией фермента и выявления эволюционных отношений мезду'оргакеллами. Исходя из этого были поставлены следующие задачи:
изучение изменчивости некоторых физико-химических свойств АТРазы хлоропластов на уровне сорта, вида, рода;
анализ аминокислотных последовательностей субъединяц АТР -синтазы из различных источников;
выявление возможных корреляций мезду первичной структурой и функцией фермента.
Научная новизна. В диссертационной работе использован подход,
заключающийся в выяснении особенностей функционирования фермента путем сравнения функциональных и молекулярно-генетических свойств АТРазы.
Показано, что по таким физико-химическим свойствам как рН-оп-тимуь: ферментативной реакции, чувствительность к неорганическим анионам и этанолу ( модификаторам АТРазкой реакции ), а такзе по спвцнфігчности к двухвалентны:.: катионам ( как компонентам субстрата ) АТРаза хлоропластов проявляет консервативность на уровне сорта, вида и рода внутри семейства злаковюс. Различия в свойствах проявляются дииь на уровне родов, относящихся к различным семействам.
На основе компьютерного анализа 21 СЕЗ и 17 СЕА последовательностей з них выделены наиболее консервативные в процессе эволюции участки ( 148-187, 260-303, 312-332 аминокислотные остатки для СЕА и 151-213, 267-372, 395-449 аминокислотные остатки для СЕЗ ), которые демонстрируют значительную степень гомологии не только у различных организмов, но и между самими CSA и СЕЗ. Виявлені! аминокислотные замены, произошедшие в данных участках поли-пзпткднон цепи, вероятно, наиболее существешшо для проявления функции фермента.
Показано, что консервативность свойств фермента на биохимическом урознэ согласуется с высокой степенью гомологія АЛ основных каталитических СЕ АТРазного комплекса. Сравнение степени гомологии этих СЕ свидетельствует в пользу эндосимбиотичсского происхождения клеточных органелл и служит доказательством на молекулярном уровне наиболее тесных эволюционных связей между хлоропластами и цианобактериями, а также митохондриями и Rhodoepirillua rubrua.
Практическое значение работы. Отсутствие мексортовой изменчивости по изучонніл.: физико-химическим свойствам АТРазы хлороплас-тов псеницы и ячменя свидетельствует о большом сходстве геномов хлоропластов внутри вида к, следовательно, о малой вероятности улучшения характеристик АТР-силггазы создаваемых сортов путем межсортовой гибридизации. Существенного изменения свойств АТР-синта-зн хлоропластов можно достичь вовлекая в половую, или соматическую гибридизацию растения из различных родов трибы Triticeao или более отдаленных таксонов. АТР-сиотазу хлоропластов мояно использовать в качества биохимического маркера хлоропластов при межродовой гибридизации.
_ з -
Апробация работы. Результаты исследовании были представлены на: Конференции мато дых ученых КазГУ им. СМЛігроза ( Алма-Ата, 1988 ), ЛІ Зсесоюзном симпозиуме " Молакуляркке механизмы генетических процессов " ( Москва, IS90 ), ІУ Всесоюзной конференции молодых ученых по физиологии растительной клетки ( Минск, 1990 ), Всесоюзногл совещании " Молекулярные механизмы и регуляц:ія энергетического обмена " ( Пущине-, 1990 ), Республиканской конференции " Проблемы теоретической и прикладной генетики в Казахстане " ( Алма-Ата, 1990 ), Втором Зсесоюзном совещании " Генетика развития " ( Ташкент, 1990 ).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов и списка цитируемой литератур;;. Работа изложена на 135 страницах маллгаописного текста и содержи? 10 рисунков и 15 таблиц. Опасок литературы зклдчаэт 22S ссылок на работы отечественных и зарубежных азтороз.