Конъюгация в биологии и химии¶

Конъюгированная — причастие и прилагательное, образованное от глагола «конъюгировать» (от лат. conjugare — «соединять, связывать»). В научной литературе термин применяется в нескольких самостоятельных значениях: в биологии он описывает процессы полового размножения и обмена генетическим материалом у одноклеточных и бактерий, в химии и биохимии — системы кратных связей и связанные с ними молекулярные структуры, в медицине — соединения, образующиеся при связывании вещества с другой молекулой. Общим для всех значений остаётся идея сопряжения, попарного или последовательного соединения элементов.

¶Конъюгация у микроорганизмов

В микробиологии конъюгацией называют форму горизонтального переноса генов, при которой генетический материал передаётся от одной бактериальной клетки другой при непосредственном контакте. Впервые явление описал в 1946 году американский генетик Джошуа Ледерберг совместно с Эдвардом Татумом на примере кишечной палочки Escherichia coli.

Механизм процесса связан с наличием у клетки-донора специальной плазмиды — небольшой кольцевой молекулы ДНК, способной к автономной репликации. Наиболее изучена F-плазмида (фактор фертильности). Клетки, её содержащие, обозначают как F⁺, клетки без неё — как F⁻. Донор формирует половой пиль (F-пиль), через который в клетку-реципиента переносится одна из цепей плазмидной ДНК. После достройки комплементарной цепи реципиент сам становится донором.

Помимо плазмид, при конъюгации могут передаваться фрагменты основной хромосомы, если плазмида встроена в неё (Hfr-штаммы). Это лежит в основе картирования бактериальных генов: по частоте совместного переноса генов судят о расстоянии между ними. Конъюгация играет ключевую роль в распространении генов устойчивости к антибиотикам между бактериями разных видов.

¶Конъюгация у простейших и водорослей

У инфузорий (например, Paramecium caudatum) конъюгация — это половой процесс, при котором две особи временно соединяются. Каждая из них претерпевает мейотическое деление ядра, образуя гаплоидные ядра, часть которых дегенерирует. Оставшиеся ядра обмениваются между партнёрами через цитоплазматический мостик, после чего особи расходятся. Число особей при этом не увеличивается — конъюгация не является размножением в прямом смысле, а служит обновлению генетического материала и повышению генетического разнообразия.

Сходные процессы описаны у некоторых зелёных водорослей и грибов, где конъюгация сопровождается слиянием клеток и образованием зиготы.

¶Конъюгированные системы в химии

В органической химии конъюгированной называют систему чередующихся одинарных и кратных связей, например в молекулах бутадиена, бензола, каротиноидов. Такое строение приводит к делокализации π-электронов по всей цепи, что понижает энергию молекулы и придаёт ей дополнительные устойчивость и окраску.

Ключевые проявления конъюгации:

• Сопряжение связей — перекрывание p-орбиталей соседних атомов, обеспечивающее делокализацию электронов.
• Поглощение света — чем длиннее цепь сопряжения, тем в более длинноволновую область смещается максимум поглощения; этим объясняется цвет carotenoids и других природных пигментов.
• Реакционная способность — сопряжённые диены вступают в реакции присоединения, характерные для диенового синтеза Дильса — Альдера.

¶Конъюгированные соединения в биохимии и медицине

В биохимии термин применяется к молекулам, образованным ковалентным связыванием двух компонентов. Так, конъюгированный билирубин — это билирубин, связанный с глюкуроновой кислотой в печени; именно в таком виде он выделяется с желчью. Конъюгация с глюкуроновой кислотой, сульфатом или глицином — распространённый путь обезвреживания и выведения лекарств и токсинов.

Отдельно выделяют конъюгированные вакцины: в них полисахаридный антиген бактериальной капсулы химически присоединён к белку-носителю, что делает иммунный ответ более сильным и продолжительным. Также известны конъюгированные антитела — комплексы антител со лекарственным препаратом или флуоресцентной меткой, используемые в диагностике и таргетной терапии.

¶Конъюгация в лингвистике

В языкознании конъюгацией называют изменение глагола по лицам, числам, временам и наклонениям. Термин противопоставлен склонению (изменению по падежам). Глаголы делятся на типы конъюгации в зависимости от системы окончаний: например, в русском языке выделяют I и II спряжение, в романских языках — несколько групп с разными моделями формообразования.

¶Значение термина

Многозначность слова «конъюгированный» объясняется его латинским корнем: во всех областях речь идёт о соединении, сопряжении или парном объединении. В биологии акцент делается на обмене генетическим материалом, в химии — на электронном сопряжении, в медицине и биохимии — на ковалентном связывании молекул, в лингвистике — на системе глагольных форм. Контекст, как правило, однозначно указывает, какое именно значение имеется в виду.