Одержання фотогальванічних елементів з використанням бактеріальних мембран

Інший механізм перетворення енергії існує у галофільних бактерій. Halobacterium halobiumвикористовують енергію світла, яка поглинається пурпуровим пігментом бактеріородопсином, який знаходиться в мембрані клітин. Цей білок з незвичайними властивостями був виділений і описаний у 1973 році У. Стохеніусом і Д. Остерхельтом. З його допомогою бактерій вловлюють енергію Сонця. Поглинання світла викликає хімічні і фізичні перетворення в молекулі пігменту, які призводять до переносу протонів з одного боку мембрани на інший, при цьому електрохімічний градієнт. Різниця потенціалів може бути використана для генерації електричного струму.

Бактеріородопсин нескладно виділити з бактерій. Для цього бактерії поміщають у воду, де вони переповнюються водою і лопаються. Мембрани, що що містять бактеріородопсин, не руйнуються у воді через міцну упаковку молекул пігменту, які утворюють білкові кристали – так звані фіолетові бляшки. В них молекули бактеріородопсину об’єднані в тріади, а тріади – в правильні шестикутники. Бляшки крупні, легко відділяються центрифугуванням. Після промиваня осаду утворюється паста фіолетового кольору. На 75 % вона складається з бактеріородопсину і на 25 % з фосфоліпідів, які заповнюють проміжки між білковими молекулами.

Бактеріородопсин стійкий до факторів зовнішнього середовища: не втрачає активність при нагріванні до 100°С, зберігається в холодильнику роками, стійкий до кислот і хімічних окислюючих агентів. Стійкі й фосфоліпіди фіолетових бляшок.

H.halobium можна культивувати у водоймах з високою концентрацією хлористого натрію та інших мінеральних солей. З 10 літрів бактеріальної культури одержують 0,5 грамів мембран, які містять 100000 молекул пігменту. Бактеріородопсин осаджують за допомогою катіонів кальцію або іншим способом. Пігмент можна фіксувати на підкладках, які володіють хімічними і фізичними властивостями для транспорту протонів, і створювати на їх основі системи, що генерують електричний струм. При освітленні таких систем на мембрані виявляється електричний потенціал, тобто бактеріородопсин функціонує як генератор електричного струму. В лабораторії В.П. Скулачева були створені фотогальванічні елементи для генерування струму силою 800 мкА. В них застосовувались мембранні фільтри, просочені фосфоліпідами з бактеріородопсином і хлорофілом. Такі фільтри, сполучені послідовно, можуть служити в якості електричної батареї.

Безклітинні білоксинтезуючі системи (ББСС)

Безклітинні білоксинтезуючі системи використовуються для вивчення матричної активності іРНК і аналізу поліпептидів, які з них транслюються. До їх складу входять: рибосоми, матриця (штучна або природна РНК), білкові фактори трансляції, аміноацил тРНК, АТФ, одновалентні і двохвалентні катіони (K, Ca), буферний розчин для підтримки гомеостазу, амінокислоти. В генній інженерії безклітиннібілоксинтезуючі системи використовуються для дослідження кодуючого потенціалу і механізмів експресії клонованих генів in vitro, і на проміжних етапах конструювання рекомбінантних генів для ідентифікації мРНК або фрагментів ДНК по кодованим білкам.

За походженням компонентів без клітинні білоксинтезуючі системи можна класифікувати як прокаріотичні та еукаріотичні. Найбільш поширені прокаріотичні білоксинтезуючі системи – на основі екстрактів з кишкової палички (E.coli). З еукаріотичних білоксинтезуючих систем для трансляції матриць еукаріот застосовують 2 основні системи: з ретикулоцитів кролика та із зародків пшениці. Ці системи являються універсальними, в них можна транслювати будь-які матриці.

Для проведення аналізу готують реакційну суміш, яка складається з ретикулоцитного лізату або екстракту зародків і суміші амінокислот, мічених амінокислот, АТФ, буферу, матричної РНК та інших компонентів. Суміш інкубують, після чого перевіряють включення мітки у наново синтезовані білки (за радіоактивністю) і тестують білки за допомогою електрофорезу.

Трансляція in vitro корисна при уточненні ролі окремих компонентів системи синтезу білка, так як їх можна видаляти і додавати по мірі необхідності. Її використання допомагає при розшифруванні генетичного коду. В деяких безклітинних системах транслюють попередньо очищену мРНК або використовують ендогенну мРНК, яка присутня в полісомах. В інших білок синтезуючих системах – системах спряженої транскрипції і трансляції, – синтез мРНК і її трансляція рибосомами йдуть одночасно. В якості матричної РНК також використовуються штучні полінуклеотиди відомого складу. В даний час механізми трансляції in vitro застосовуються і для визначення механізмів розподілу білка по різним внутрішнім компартаментам.