И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 134
Текст из файла (страница 134)
Некоторые шаперопы играют роль «ремонтных станций», исправляющих неверное сворачивание. Одна из главных функций шаперонов — сворачивание и разворачивание (ипГо!йп8), а также сборка и разборка белков при их транспорте через мембраны. Полипептидная цепь может пройти через пору в мембране лишь в развернутом виде. Некоторые содержащиеся в цитозоле шапероны взаимодействуют с вновь синтезированными полипептидными цепями и подперживают их линейную структуру, так что полипептидные цепи могут сразу транспортироваться в нужный компартмент клетки. Другие шапероны связываются с аминокислотами полипептидной цепи, как только она покажется на другой стороне мембраны, и осуществляют сворачивание.
При дегидратации клеток тенденция к повреждениям и ленатурации белков усиливается, поэтому защитная роль шаперонов в этих условиях возрастает. Стрессовые условия активируют биосинтез шаперонов в клетках (см. рис. 8.9). При осмотическом стрессе происходит также индукция биосинтеза ингибиторов протеаз, препятствующих протеолитическому расщеплению белков, которые при дегидратации клетки сохраняют свою структуру и функциональные свойства (см. рис. 8.9).
8.2.3.3. Протеазы и убиквитины При обезвоживании клеток, несмотря на действие протекторных соединений и шаперонов, часть клеточных белков подвергается денатурации. Денатурированные белки должны быть пщролизованы. Эту функцию выполняют протеазы и убиквитины, экспрессия генов которых также индуцируегся стрессовыми условиями. Убиквитинь1 представляют собой низкомолекулярные (8,5 кДа) высококонсервативные белки.
Присоединяясь к Х-концу денатурированного белка, они делают белок доступным для действия протеаз (см. рис. 8.9). Таким путем осуществляется селективная деградация денптурированных белков. 8.2.3.4. Аквапорины Трансмембранное движение воды происходит в основном через водные каналы„образованные белками аквапоринами (см. рис. 8,9, а также подразд.
5.6). За счет изменения числа водных каналов в мембране и их проводимости осуществляется быстрая регуляция трансмембранных потоков воды, это особенно 525 важно при водном дефиците. Показано, что поглощение воды клетками в ответ на увеличение внутриклеточных концентраций осмолитов, сопровождающееся восстановлением ОСВ и тургора при засухе, происходит через водные каналы. В А. глайала водный дефицит индуцировал экспрессию гена К)328, который кодирует аквапорин, локализованный в плазматической мембране. Гены, кодирующие аквапорины, идентифицированы в М. сгузгайлигл. Показано, что количество транскриптов этих генов коррелирует с тургорным давлением в клетках листьев М. сгузгаПтит при действии на растение соли в высоких концентрациях.
После обработки растений хлористым натрием число транскриптов в период снижения тургорного давления уменьшалось. В последующем оно увеличивалось по мере того, как в клетках накапливались осмолиты и восстанавливался тургор. Возросшая концентрация транскриптов в клетках активировала трансляцию. Увеличение содержания аквапоринов в мембране и их последующая активация приводили к возрастанию водной проводимости ПМ и, соответственно, к увеличению потока воды в клетку в период восстановления тургора. Во время засухи содержание аквапоринов возрастает не только в ПМ, но и в тонопласте.
Это способствует увеличению водной проводимости тонопласта, что также, по-видимому, необходимо для восстановления ОСВ и тургорного давления. Изменение активности уже существующих в мембране водных каналов играет важную роль в регуляции водной проводимости мембран при стрессах. Одним из механизмов такой регуляции является фосфорилированис и дефосфорилирование аквапоринов. Фосфорилирование приводит к активации, а дефосфорилирование соответственно к снижению активности водных каналов. 6.2.4. ЗАЩИТНЫЕ И РЕГУЛЯТОРНЫЕ ФУНКЦИИ БЕЛКОВ, ИНДУЦИРУЕМЫХ ВОДНЫМ ДЕФИЦИТОМ Из множества белков, появление которых в клетках растений вызвано водным дефицитом, одни вовлечены в формирование механизмов устойчивости непосредственно, тогда как другие участвуют в регуляции экспрессии генов, индуцируемых стрессором. В соответствии с этим гены, экспрессируемые в растениях при водном стрессе, подразделяют на функциональные и регуляторные.
Первая группа включает гены, которые отвечают непосредственно за формирование механизмов устойчивости, т.е. биосинтез аквапоринов, образующих водные каналы, ферментов, требующихся для биосинтеза осмолитов (вредина, глицин-бетаина, многоатомных спиртов и др.), белков, которые защищают макромолекулы и мембраны () еа-белков, шаперонов и др.), протеаз и убиквитинов, ускоряющих белковый обмен в стрессовых условиях, а также ферментов, участвующих в детоксикации (супероксилдисмугаза, аскорбатпероксидаза, глутатион-8-трансфераза и др., см. гл. 4 и подразд. 8.6.2).
Вторая группа содержит гены белков, которые участвуют в передаче сигнала при экспрессии других генов, формирующих механизмы устойчивости„таких, например, как гены протеинкиназ, фосфолипазы С и 14-3-3-белков. К этой группе относятся гены транскрипционных факторов, которые «узнают» ДНК- элементы в генах, экспрессируемых при стрессе. 526 8.2.5. РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ, ИНДУЦИРУЕМЫХ ВОДНЫМ ДЕФИЦИТОМ Рецепции сигнапа Первым этапом в регузвщии экспрессии генов при водном дефиците является рецепция сигнала.
Воспринятый клеткой сигнал приводит к включению систем сигнальной трансдукции и активированию белков, образующих цепь передачи сигнала. Имеются данные, свидетельствующие о том, что у растений рецепция сигнала при водном стрессе осуществляется аналогично тому, как это происходит у Е. со!г' и дрожжей. У этих организмов восприятие изменений осмотического давления наружной среды совершается с помощью сенсорной системы, состоящей из локализованного в мембране осиосенсора (сенсорной киназы) и находящегося в цитоплазме регулятора ответа (рис.
8.10). Эта система воспринимает изменения в натяжении ПМ при водном дефиците. В ПМ дрожжей осмосенсор, трансмембранный белок 3!н1р, при высокой осмолярности среды активируется путем автофосфорилирования, приводя затем к последовательному фосфорилированию белков цитоплазмы Ург11 и Ыс1р, которые образуют регулятор ответа. МАР-кииазный каскад. У дрожжей фосфорилированный белок Бз!с)р активирует различные пути передачи сигнала, в частности МАР (гпйойеп асг!чагед рго!егп)-киназный каскад, состоящий из трех последовательно фосфорилируемых в присутствии АТФ протеин-киназ: 8з)с2р (МАРККК) — МАРКК-киназы, РЬя2р (МАРКК) — МАРК-киназы и Но81р (МАРК) — МАР-киназы (рис.
8.! ! ). Активированная фосфорилированием МАР-киназа индуцирует экспрессию многих генов дрожжевой клетки при водном и солевом стрессах, в частности генов, кодирующих ферменты биосинтеза глицерина — главного осмолита у дрожжей. Гомологи некоторых компонентов МАР-киназного каскада дрожжевых клеток обнаружены у растений. Экспрессия генов этих компонен- Всдлый дефицит Перенос ®~~уш ястлляц Регулятор Рнс. 8.10. Двухкомпонентная сенсорная система, воспринимающая изменения осмо- тического давления наружной среды (А.Тгетчатаз, 2000). Система состоит из локвлнзоввнного я мембране осмосенсоря н находящегося в нитозоле регуляторе ответа. Сигнал возникает при изменении натяжения плезмялеммы в ответ нв изменение осмотического давления нвружной среды. При лолучении сигнала осмосенсор, полвергвясь ввтофосфорилировеникх активируется.
С гисгидннового остатка молекулы осмосенсорв фосфвтная группа затем переносится нв остаток вспврегиновой ююлоты регулятора ответе. тросфорилироевнцвя молскулв регулятора ответя нриводит к включению МАР-кинвзного пути передачи сигнала 527 Водный (Ро~-® АтФ АДФ Промотор Геи Рис. 8.! 1.
МАР-киназный путь передачи сигнала (по А.Тгетуачая, 2000, с изменениями). Фосйюрилированные белки регулятора ответа (РО) активируют МАР-киназный каскад, состоящий из МАРККК (МАРКК- киназы), МАРКК (МАРК-киназы) и МАРК (МАР-нипаты). Последняя осуществляет прямую регуляцию транскрипционных факторов (ТФ), вовлеченных в инлукцию стрессовых белков при водном деФиците тов индуцируется стрессовыми условиями. В частности, у А. )Ьа1)ала ген МАР-киназы (АТМРКЗ) и ген МАРККК (АТМЕКК1) индуцируются засухой, низкими температурами и высокими концентрациями соли. Вторичные мессенджеры.
В регуляции тургорного давления растительной клетки участвуют вторичные мессенджеры (рис. 8.12). Локализованный в мембране фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат расщепляется активируемой при осмотическом стрессе фосфолипазой С, освобождая вторичный мессенджер инозитол-1,4,5-трифосфат. 2в Последний индуцирует выход Са, другого вторичного мессенджера, из вакуоли и эндоплазматического ретикулума в цито2е золь и соответственно концентрацзия Са в нем возрастает.
Концентрация Са в цито- золе может увеличиваится также за счет его поступления в клетку через потенциалза- 2+ висимые Са -каналы плазмалеммы при индуцируемой стрессором деполяризации этой мембраны. Возросшие концентрации 2з Са активируют Са /кальмодулинзависимые протеинкиназы (СРРК), что в свою очередь стимулирует биосинтез стрессовых белков. АБК-зависимые и АБК-независимые гены. Важную роль в регуляции экспрессии генов при осмотическом стрессе играет гормон АБК. Экспрессия многих генов в условиях засухи, засоления или низких температур требует предварительного накопления в тканях эндогенной АБК, тогда как экспрессия других генов происходит без участия АБК. На основании этого и анализа действия АБК на экспрессию индуцируемых водным дефицитом генов в АБК- дефицитном (аЬа) и АБК-нечувствительном (аЬг) мутантах А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
