Petite-мутации и генетика митохондрий

Petite-мутанты (мелкие колонии) в культуре дрожжей, подвергнутой действию радиации

Митохондрииэукариотических клеток имеют собственную ДНК, кодирующую ряд ферментов. Открытие митохондриальной ДНК и развитие генетики митохондрий началось с обнаружения у дрожжей в 1953 г. мутацийpetite(от франц. petite - маленький). Такие мутации довольно часто образуются при облучении дрожжевой культуры ультрафиолетовым светом или при действии химических мутагенов. Штаммы, несущиеpetite-мутации, формируют колонии меньшего размера при выращивании на среде с источником углерода, который может служить субстратом брожения (например на среде с глюкозой или сахарозой) и совсем не растут на среде с источником углерода, который можно утилизировать только аэробным путем (например на среде с глицерином или лактатом).

Генетические исследования показали, что мутанты petiteпотеряли несколько митохондриальных ферментов и поэтому способны утилизировать только те соединения углерода, которые могут быть катаболизированы путемспиртового брожения. Фенотипpetiteможет быть обусловлен как мутациями в ядерных генах, так и мутациями, наследование которых при половом размножении свидетельствует об их цитоплазматической природе. В дальнейшем было выяснено, что такие цитоплазматические мутации являются мутациями в митохондриальной ДНК.

Микротрубочки

Микротрубочки в цитоплазме дрожжевой клетки

Механизм перемещения кинезина вдоль микротрубочек

В цитоплазме всех эукариотических клеток присутствуют микротрубочки в виде длинных неветвящихся нитей. Особенно в больших количествах они обнаруживаются в клетках животных и простейших, изменяющих свою форму (амебы, отростки нервных клеток и др.). В клетках дрожжей их значительно меньше, и они сосредоточены в основном в области центриолярных бляшек, образуя в процессе деления клетки митотическое веретно.

Микротрубочки построены из тубулина, глобулярных белков двух типов. Из глобул тубулина образуются линейные полимеры (протофиламенты). Из 13 протофиламентов, расположенных по кругу, получаются микротрубочки диаметром около 30 нм. Цитоплазматические микротрубочки выполняют две основные функции. Во-первых, микротрубочки формируют внутриклеточный скелет (цитоскелет), необходимый для поддержания формы клетки, что, очевидно, не имеет большого значения в для клеток грибов, обладающих прочной клеточной стенкой. Во-вторых, микротрубочки выполняют двигательную функцию, участвуя в перемещении клеточных органелл, например расхождениихромосомв процессемитоза, направленном перемещениимитохондрий, мембранных пузырьков, содержащих определенные ферменты и т.п.

Детали механизма движения клеточных компонентов вдоль микротрубочек еще не совсем ясен. Известно, что в нем участвует специальный механохимический белок - кинезин. Молекула кинезина представляет собой димер, образованный двумя одинаковыми полипептидными цепями. С одной стороны каждой полипептидной цепи кинезина формируется глобулярная головка, соединенная со сравнительно длинным хвостом. Хвосты двух мономерных цепей сплетены вместе, а наклоненные в разные стороны головки образуют своеобразную рогатину, которая непосредственно взаимодействует с глобулярными мономерами микротрубочки, вдоль которой перемещается кинезин. В ходе структурных перестроек моторных участков кинезина угол наклона головок относительно микротрубочки изменяется, вследствие чего кинезиновый димер смещается вдоль микротрубочки. Длина шага в точности соответствует размеру двух мономерных глобул, из которых построена микротрубочка. Двигаясь таким образом вдоль микротрубочек, молекула кинезина может тянуть за собой сравнительно крупные субклеточные частицы.