И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Важную роль в гибели растительных и животных клеток по типу апоптоза играют митохондрии. Под воздействием сигналов клеточной гибели во внутренней мембране митохондрий образуются поры большого размера (через них могут проходить вещества с молекулярной массой до 1,5 кДа). Это ведет к быстрой деполяризации мембраны и потере ею электорхимического потенциала. Указанные процессы приводят к набуханию митохондриального матрикса и разрыву наружной мембраны митохондрии.
Высвобождаются белки межмсмбранного пространства митохондрий, прежде всего цитохром с, что составляет важный этап апоптоза. Хлоропласты также могут принимать участие в непосредственном регулировании программируемой гибели растительных клеток и в запуске апоптоза. Возможно участие других мембранных структур, например тонопласта. Некроз.
При некрозе объем клетки значительно увеличивается. Изменяется проницаемость цитоплазматической и внутриклеточных мембран. Цитоплазма вакуолизируегся. Повреждается тонопласт. Органеллы набухают и разрушаются. В дальнейшем мембраны разрываются, происходит дезинтеграция клетки. Остатки органелл лизируются. Содержимое клетки попадает в межклеточное пространство. Прочие различия некроза и апоптоза. При пекрозе не активируется какая- либо генетическая программа. Апоптоз, напротив, является результатом запуска определенной генетической программы. Показано участие в этом процессе ряда сигнальных систем. В частности, одной из основных сигнальных систем, участвующих в индукции и разворачивании апоптоза, является НАДФН-оксидазная система.
Стоит отметить, что многие компоненты этой системы у растительных и животных клеток достаточно близки. Мембранные белки 2+ НАДФН-оксидаз содержат Са -связывающие области, что свидетельствует об участии в этом процессе Са На молекулярном уровне основным признаком апоптоза считается активация ряда протеаз, прежде всего каслаз. Каспазы представляют собой семейство эволюционно консервативных цистеиновых протеаз, которые специфически расщепляют белки по остаткам аспарагиновой кислоты. В настоящее время идентифицировано около десяти каспаз.
Помимо активации каспаз, у растений выявлено возрастание активности сериновой и аспарагиновой протеаз, кальпаинов (Са '-зависимых протеаз) и убиквитинов. Протеазы образуют каскад взаимосвязанных протеолитических реакций. Они последовательно активируют друг друга, участвуют в упорядоченной передаче сигнала апоптоза, могут являться компонентами единого протеазного комплекса. Наряду с механизмами уничтожения клетки, в ней есть несколько механизмов, защищающих ее от «случайного» самоуничтожения.
Во-первых, протеазы синтезируются в клетке в неактивной форме, их процессинг происходит за счет автолиза или протеолиза другими протеазами. Каспазы синтезируются в клетке в виде прокаспазы — неактивного мономера с 83 молекулярной массой 30 — 50 кДа. Активные формы являются тетрамерами, содержащими две малые и две большие субъединицы. При процессингс от прокаспазы отделяется регуляторный Н-концевой домен. Оставшаяся часть молекулы разделяется на большую (20 кДа) и малую (1О кДа), после чего происходит их ассоциация с образованием активной каспазы. Во-вторых, протеазы обратимо взаимодействуют с эндогенными белковыми ингибиторами, образуя неактивные комплексы.
Такие комплексы описаны для цистеиновых, Са -зависимых и ряда других протеаз. При действии различных индукторов апоптоза происходит диссоциация неактивных комплексов протеаза — ингибитор. В-третьих, протеазы обычно являются компонентами специальных сигнальных систем. Путь передачи апоптозного сигнала состоит из цепочки: инлукторы — рецепторы — адаптеры — каспазы первого эшелона — регуляторы — каспазы второго эшелона. Только полный набор компонентов, состоящий из рецептора, его лиганла, адаптера и прокаспазы, формирует специфичный комплекс, в котором происходит активация каспаз. Этот комплекс называется апоптосомой, или апоптозным шапероном.
До определенной стадии процесс апоптоза обратим. После активации каспазами первого эшелона каспаз второго эшелона процесс становится необратимым. Эти каспазы способны к самоактивации (автокатализу или автопроцессингу) и активируют фактор фрагментации ДНК на нуклеосомныс фрагменты. 1.12. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ 1.12.1. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КЛЕТКИ вЂ” КООРДИНИРОВАННАЯ РАБОТА МНОГИХ ОРГАНЕЛЛ Основу работы клетки составляет четко скоординированное взаимодействие всех ее органелл.
В настоящее время о механизмах, регулирующих этот процесс, известно немного, однако отдельные примеры подобных взаимодействий, показывающих их целесообразность и сложность, изучены достаточно подробно. Типичным примером точности взаимодействия систем растительной клетки является синтез основного фермента фотосинтеза — рибулезобисфосфаткарбоксилазы — оксигеназы (Рубиско). Фермент состоит из лвух типов субьединиц — малой и большой — в равных пропорциях (по восемь).
Малая субьединица кодируется в ядерном геноме, большая — а хлоропластном. В ядерном геноме обычно находится около 10 копий генов малой субъединицы Рубиско, из них функционируют, как правило, 4 — 5. Плоидность фотосинтезирующих клеток в основном составляет ЗС, следовательно, максимальное количество работающих генов малой субъелиницы в клетке не превышает 20 — 30. В той же клетке находится приблизительно 50 — 60 хлоропластов, а в каждом хлоропласте не менее 10 копий ДНК.
Следовательно, количество генов большой субьединицы в клетке около 500, т.е. на порядок больше, чем малой субъединицы. Очевидно, что должны быть строгие системы координации синтеза субъединиц, чтобы обеспечить их близкие количества а клетке. Белок малой субъеди- 84 ницы синтезируется в цитозоле, белок большой субъединицы — в хлоропласте. Следовательно„должны быть также скоординированы системы транспорта белка большой субъединицы из цитозоля в хлоропласт. Таким образом, в синтезе и сборке только одного фермента координированно работают две белоксинтезирующих системы, система транспорта и целый ряд других белков и ферментов клетки.
В качестве примера согласованной работы трех органелл можно привести процесс фотодыхания (подробно см. гл. 3). В нем участвуют хлоропласты, пероксисомы и митохондрии. Образовавшийся в результате работы Рубиско (ее оксигеназная функция) гликолат транспортируется из хлоропласта в пероксисому, где окисляется и аминируется. Образовавшийся глицин транспортируется в митохондрию, где образуется ссрин. Сорин может вернуться назад в пероксисому, где из него образуется глицерат. И наконец, глицерат возвращается обратно в хлоропласт, где снова вовлекается в цикл Кальвина.
Таким образом, для работы одного биохимического цикла используются фсрментные системы трех органслл. В процессе работы эти органеллы тесно контактируют мембранами между собой. 1.12.2. РАБОТА РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ— ПЕРЕПЛЕТЕНИЕ аПРОКАРИОТИЧЕСКИХ» И «ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ» МЕТАБОЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ Анализируя в целом работу растительной клетки, можно заметить, что в ней причудливо и весьма эффективно сплелись прокариотическис и эукариотические системы метаболизма, приобретенные, видимо, от исходных симбионгов. Это касается не только систем энергетического обмена. Например, синтез жирных кислот в хлоропластах растений имеет много общих черт с их синтезом у бактерий. Субстрат синтеза — ацетил СоА — образуется из пирувата внутри пластид за счет работы пируватдегидрогеназы, однако для некоторых хлоропластов показана очень низкая активность этого фермента.
Следовательно, субстраты для синтеза жирных кислот должны поступать из других компартментов клетки. Их синтез возможен за счет митохондриальной пируватдегидрогеназы или цитозольной АТФ-цитратлиазы. На следующем этапе образуется малонил-СоА за счет работы ацетил-СоА- карбоксилазы (АСС). В растительных клетках существует два фермента — в пластидах и цитозоле. В пластидах он обеспечивает собственно синтез жирных кислот, в цитозоле — их удлинение в ЭР, а также синтез флавоноидов и некоторых других соединений.
Пластидная АСС имеет 4 субъединицы (карбоксилперсносящий белок, биотинкарбоксилазу и две карбоксилтрансферазы), три из которых кодируются в ядерном геноме, а одна — в пластидном. Фермент имеет явное сходство с прокариотической АСС. Цитозольный фермент состоит из одного большого полипептида, в котором соответствующие домены интегрированы в одном белке. Цитозольный фермент похож на фермент грибов и животных. Далее в синтезе участвуют синтазы жирных кислот (ГАВ).
Этим термином называют все ферменты, участвующие в синтезе жирных кислот, за исключением АСС. Клетки животных и дрожжей используют ГАВ типа 1 (ГАВ-1), тогда как растения и большинство бактерий — ГАВ типа Н (ГАВ-11). ГАЗ-1 представ- лает собой единый мультифункциональный энзиматический комплекс, составленный из достаточно больших субъединиц (около 250 кДа), и каждая может осуществлять несколько различных реакций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
