И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 100
Текст из файла (страница 100)
6.56, 5). Таким образом, Са '-завПК включены в передачу Са -сигнала, связанную с поддержанием мембранного потенциала, регуляцией углеводного и азотного обмена, устьичными движениями, ответами на стрессовые воздействия, формированием архитектуры клетки и т.д. Однако, по-видимому, полная активация фермента при фосфорилировании с участием Са -завПКаз возможна, если к регуляторному участку одно- 2+ временно присоединяется 14-3-3-белок. Оба компонента включены в передачу сигнала и функционируют как адапторы, шапероны, активаторы и репреесоры. Они участвуют в регуляции активности СФС, НР, ФЕПК, что обеспечивает согласованное функционирование этих ферментов в условиях дня и ночи. 14-3-3-белкам приписывается также роль обеспечения взаимосвязи между различными путями передачи сигналов, которые вызываются разными, действующими одновременно стимулами (экзогенными и эндогенными).
Хальмодулил (КаМ) относится к семейству белков «ЕР-рука» и является наиболее распространенным Са~'-связывающим белком, который играет центральную роль у всех организмов. Растительные КаМ вЂ” высококислые белки с молекулярной массой 14 кДа, локализованные в цитозоле (обнаружены в ядре и, возможно, прикреплены к плазмалемме). КаМ эукариотных организмов 391 [Са 1-канал Са "-АТФ обладает болыпой консервативностью: аминокислотные последовательности белка растений идентичны КаМ позвоночных и дрожжей на 90 и 60% соответственно. Но у растений, в отличие от животных, обнаружены мультигенные семейства КаМ-родственных генов, экспрессия которых индуцируется физическими (касание, тепловой и холодовой шок, темнота-свет) и химическими (ауксин, [~аС[) стимулами.
Индуцированная экспрессия некоторых из этих КаМ-генов опосредована увеличением [Са '1„(рис. 6.56, 4а). Предполагается, что характер их экспрессии, заканчивающийся появлением изоформ КаМ (рис. 6.56, б), и/или конечные мишени сигнального пути (рис. 6.56, 5„5о, 5а) Рнс. 6.56. Общая схема путей передачи Са '-сигнала на мишени н ответная реакция растительной клетки на разные стимулы (Н.Д.Алехина, 2004): Рец — рецепторы на плазмалемме и зндомембранах; (Са '1 — коггцентоация Са '; Кам и г г Са '-КаМ вЂ” кальмодулин и его комплекс с Са '; Са '-завПК и ПФФ вЂ” Са '-зависимые прошинкиназы и протеинФосФатазы; Са '/Кам ПК, ПФФ вЂ” кальций и кальмодулинзависимая прог тсинкиназа, ПФФ; (»-л«) — деполяризация мембран; ! — 6 — последовательность событий при восприятии стимула, возникновении Са -сигнала и путей его передачи (поггпзггеашггапЫпс1(оп): / — рецепция различных абиотических (свет, холод, температура, гипоксия, засуха, ветер, механические воздействия и др.) и биотических (Фитогормоны„патогеггы, симбионты и др.) сп»мулов, изменение мембранного потенциала (+++) и активация Са '-каналов; 2 — инфлакс г Са через каналы в цитозоль из внешней срелы и анутрнклеточных депо и кратковременное ъ г г+ увеличение [Са '1 6 5 — выкачивание Са "благодаря работе Са '-помп, окончание перехолного г+ г+ г состояния (Са '1 6 4 — связывание Са ' с первичными сснсорами (4а — Са '-завП Казал»и и И 2 ПФФазами; 46 — образование комплекса Са -КаМ; 4« — инлукция синтеза КаМ); 5 — акгивация белков-мишеней: 5а, 56 — при каскадной передаче через активацию Са '/Кам П К или ПФФ„5«вЂ” г+ г+ ь регуляция экспрессии генов через Са -Кам-комплекс или с участием Са /Кам ПФФ; 6— обшие ответные реакции на стимул (быстрые или более медленные, если включается геном) различаются в зависимости от стимула.
Таким образом, наличие изоформ КаМ значительно расширяет возможности алресной доставки сигнала. КаМ и комплекс Са -КаМ не обладают свойствами фермента и включаются в передачу сигнала и регуляцию клеточных процессов, присоединяясь к белкам-мишеням. Связывающий кальций центр КаМ имеет структуру спираль — петля — спираль. Петля, где связывается Саз, состоит из 12 аминокислот и ограничена с С- и )л(-концов а-спиральными участками, состоящими также из !2-14 аминокислот и обозначенными буквами Е и Р. Разные Са -связывающие белки могут 2« иметь разное число центров для связывания Са '. Кальмодулины растений имеют четыре фузнкциональные «ЕР-рукил с Саг'-связывающими доменами.
Связывание Са при увеличении его концентрации в цитоплазме вызывает пространственную переориентацию аминокислот в петле и а-спиралях и пере- упаковку этих центров, связывающих Са, в структуре всего КаМ-белка. Передача сигнала становится возможной, если эти конформационные перестройки «узнаются» белками-мишенями, которые, в конечном итоге, преобразуют изменения концентрации Са в цитозоле в ответ на специфический сигнал (рис. 6.56, 5). Концентрация КаМ в цитозоле может составлять 5 — 20 мкМ и варьирует в разных типах клеток. Это предполагает вероятность конкуренции за КаМ между КаМ-связывающими белками, что может играть роль в детерминировании клеточного ответа на увеличение 1Са~'1ц . Взаимодействие между Са '-КаМ и КаМ-регулируемыми белками главным образом гндрофобное, и даже незначительные модификации последовательностей на гидрофобном прикрепляющем участке КаМ могут лишить его возможности активировать белки-мишени.
Важное отличительное свойство Са"-КаМ-комплекса — способность свя- 2»- зываться с большим числом разнообразных белков-мицгеней. Са -КаМ-комплекс активирует непосредственно или через модификацию реакций фосфорилирования-дефосфорилирования много больше 100 белков. У животных идентифицировано более 30 ферментов и других белков, которые регулируются Са "-КаМ. В растительной клетке таких белков идентифицировано и охаракте- 2« м рнзовано значительно меньше. Са -КаМ-зависимыми являются: Са -АТФазы 393 П В-типа; Я~ — вакуолярный катионный канал; НАД-киназа, глутаматдекарбоксилаза, супероксиддисмугаза; миозин У, киназин; ПКазы и ПФФаза 2В, белки кончика корня и некоторые другие (см.
рис. 6.56, 5, 5а). м Мишенями, на которые передаются Са -сигналы, часто являются транспортные системы„в том числе Са '-помпы. Са '-АТФазы 1! В-типа обеспечивают регуляцию !Са +)„„„необходимую для возникновения Сам-сигнала, определяют характер переходного состояния, связанный с завершающей стадией, и в то же время сама их активность регулируется с участием Са '-КаМ. Са -АТФазы 11 В-типа являются компонентами не только плазмалеммы, но и 2« эндомембран (см. рис.
6.54), и, возможно„локализованы в оболочке ядра. КаМ регулирует активность Са '-помпы, связываясь на автоингибиторном домене С-конца, что меняет пространственное расположение этого участка и снимает его блокирующее действие. У растительных Са '-АТФаз (по крайней мере у некоторых: АСА2 — АгаЬк!оряз Са "-АТФазы, локализованной на мембране ЭР, и 5СА! — зоуЬеап Са~ -АТФазы, локализованной на ПМ) КаМ-связывающий домен находится не на С-конце, а на Х-терминале. У растений, как и у животных, КаМ-зависимые Са -АТФазы эндоплазматического ретикулума могут быть ведущими в регуляции и поддержании осцилляций и волны !Са '1„„,. Комплекс Са - КаМ может включаться в каскадную передачу Са -сигнала, ы 2+ взаимодействуя с киназами относящимися к группе кальций/кальмодулинзависимых протеинкиназ (Са /КаМ ПК) (см. рис.
6.56, 5з). Эти ПК имеют не 5- четыре, как Са -завПК и КаМ, а три «ЕГ-руки» на регуляторном домене. СамКаМ связывается на сайте автоингибиторного домена, вследствие чего, как м предполагают, происходит активирование Са /КаМ-протеинкиназы, которые могут выполнять специальные функции в каскадной передаче сигнала. Это обусловлено их субстратной специфичностью, субклеточной локализацией и чувствительностью к кальцию, которые не совпадают с подобными характеристиками у Са -завПК. Параллельно с митогенактивируемыми протеинкиназами (МАПК) Са '/КаМ-протеинкиназы регулируют экспрессию гена, фосфорилируя фактор транскрипции при получении Са '-сигнала (см. рис.
6.56, 5в). Действие протеинкиназ может быть нейтрализовано или обращено протеинфосфатазами. По существу, именно баланс фосфорилирования — дефосфорилирования белков регулирует многочисленные реакции и процессы в клетке и включен в систему передачи сигналов. ПФФазы (как и ПКазы) подразделяют на две большие группы по субстратной специфичности аминокислот (серии/треонин либо тирозин) в сайте, где связывается и отщепляется фосфатная группа.
В группу Сер/Тре ПФФ входит четыре семейства, среди которых ПФФазы 2В-типа являются Са -КаМ-зависимыми. Сведений о ПФФазах знам чительно меньше, чем о ПКазах. Установлено, что они не только выполняют функции контрагентов киназ, но также играют ведущую роль во многих сигнальных каскадах: при передаче сигнала от АБК на ионные каналы в замыкающих клетках устьиц, при стрессовых ответах на патогены, при регуляции роста корневого волоска, при свето- и гравиотропизмах и т.д. У животных наиболее изучена Са '-КаМ ПФФазакальцийнейрин (КН). В клетках А. гайапа также обнаружена ПФФаза, подобная КН. Она взаимодействует с м 2+ Са -КаМ и активируется при возникновении Са -сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
