И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 82
Текст из файла (страница 82)
6.14, Л). Субъединица 13, соответствующая у-субъединице Г-АТФазы, выполняет роль связующего стержня между периферийной (Ч,) и мембранной (Ча) частями. Остальные субъединицы Ч,-комплекса (от С до Н) выполняют функции стабилизации, поддержания активности, обеспечения контакта и сопряжения работы Ч,— и Ча-частей. Точное пространственное расположение субъединиц С вЂ” Н в общем мультигетерогенном ансамбле ЧН -АТФазы пока не установлено. Интегральный $~г-комплекс содержит большую (100 кД) субъедин ицу а, шесть или более субъединиц с (их молекулярная масса равна 16 кД, т.
е. вдвое выше, чем у с-субъединиц Г-АТФазы) и субъединицу г( (32 — 36 кД) (рис. 6.14, П). Как установлено на дрожжах, взаимодействие между а- и с-субъединицами обеспечивает путь для транспорта протона через мембрану. Данные о связи субъединицы а с комплексом Ч,— Чд и ее функциях противоречивы. Возможно, она имеет отношение к агрегации комплекса, а не к транслокации Н, или а-субъединица функционирует как статор в относительно слабой ассоциации с гексамером из с-субъединиц.
Хотя ЧН -АТФаза растений, как и других организмов, ингибируется специфическим токсином бафиломицином Ан субъединица, которая его связывает, не выявлена (у бычьего фермента это субъелиница а). Так что, модели структуры растительной ЧН -АТФазы, которые имеются в настоящее время, в значительной мере гипотетичны (рис. 6.14, П), а функции отдельных субъединиц часто предположительные. К настоящему времени большинство субъединиц ЧН'- АТФазы АгаЬИоргй (кроме Г-13 кД, Н-5! кД, а-100 кД и д-45 кД) клонированы. Предполагают, что механизм преврагцения одной формы энергии в другую (АТФ ++ Лии ) у ЧН'-АТФазы и Г-АТФ-синтазы сходен, но реакции, связанные с АТФ, идут в противоположных направлениях.
Ротационный механизм катализа сопрягает проводимость протона через Ча (или Го) с гидролизом АТФ в Ч,-комплексе и с синтезом в Гь Ппро(1)ос(Рагпаза (Н"-ПФаза) — помпа, алюернативная ЧН -АТФазе, перекачивающая протон из цитозоля в вакуоль (рис. 6.14, П1). Источником энергии для Н'-ПФазы служит пирофосфат (ФФ„) — простейшее высокоэнергетическое соединение, и стехиометрия реакции Н'(ФФ„равна 1, а скорость транспорта протона ниже, чем у двух других Н'-помп. Н -ПФаза имеет молекулярную массу 80 — 81 кДа и представлена единственной полипептидной цепью из 14 мембранных доменов и нескольких гидрофильных петель (на рис.
6.14, Ш представлены не все домены и только одна петля). М- и С-концы находятся на вакуолярной стороне тонопласта. Функциональный участок находится на цитозольной петле между 5-м и 6-м доменами и включает один из консервативных мотивов (указан как консервативный сегмент С81), где происходит связывание и гидролиз М8-ФФ„, а также транспорт Н . Механизм сопряжения этих реакций неясен, но установлено, что важную роль в связывании и гидролизе играют кислые остатки аминокислотной последовательности участка С81.
Активность фермента ингибируется Са ' и стимулируется К' и М8, для и которых имеются сайты связывания. Предполагается, что Са блокирует реакцию гидролиза пирофосфата магния (М8-ФФ„), заменяя его на пирофосфат кальция (Са-ФФ„). Н'-ПФазы клонированы из многих организмов (высших на- 325 земных растений, водорослей, фотосинтезирующих бактерий и простейших), но в клетках млекопитающих и дрожжей они отсутствуют.
Функции Н -помп в растительной клетке. Электрогенные помпы благодаря поддержанию и регуляции электрохимического протонного градиента обеспечивают движущую силу для перемещения веществ через мембрану. Выкачивание Н (иначе, первичный транспорт) и генерация Ьйн ведет к образованию альтернативной к АТФ форме энергии (см. гл. 2), которая может быть использована для активного вторичного транспорта других ионов. Возвращение Н через мембрану по градиенту Ьрнч сопряженное с перемещением через мембрану других веществ (минеральных, органических ионов и нейтральных молекул), обеспечивает их активный транспорт против градиента электрохимического потенциала (рис. 6.15).
С участием Н -помп поддерживается гомеостаз рН в циз озолс, подкисляются вакуолярный сок и среда в клеточной стенке (рис. 6.13 и 6.15), что необходимо для протекания целого ряда процессов, активности ферментов и функционирования транспортных систем. Реализуя свои функции„Н'-АТФазы участвуют в таких физиологических процессах, как устьичные движения„осморегуляция, устойчивость к солевому стрессу и низким значениям рН среды, поступление сахаров и аминокислот из апопласта в клетки, загрузка флоэмы, клеточный рост и др. Общая характеристика белков, транспортирующих минеральные вещества.
Своеобразный по количеству и качеству состав минеральных элементов в растительных клетках — результат активности специфических интегральных белков мембран, транспортирующих ионы, исходным источником которых является окружающая среда. По своим биохимическим, термодинамическим и молекулярным характеристикам, а также механизмам регуляции системы транспорта ионов могут быть разделены на несколько основных групп: АТФазы, переносчики, или котранспортеры, и каналы (рис. 6.15).
Особая группа АТФаз Р-тппя — Са -АТФазы. Они присутствуют в плазма- лемме, тонопласте и других мембранах растительной клетки (рис. 6.15). Основы 2-~- ная функция Са -АТФаз — поддержание низкой концентрации Са в цитозоле, что необходимо для реализации его роли вторичного мессенджера (см.
подразд. 3.4.2). Кальциевые помпы плазмалеммы включены в радиальный трансы порт Са в корнях (см. подразд. 2.3.1). У животных в создании и регуляции электропотенциала на клеточной мембране большая роль принадлежит 1ча /К -АТФазе. У фотосинтезирующих одноклеточных водорослей (но не у высших растений) обнаружена г4а'-АТФаза, которая удаляет Ма' из клетки (см. гл.
В) и так же„как Са -АТФаза, не вносит существенного вклада в поддержание ЛЕ на плазмалемме. Таким образом, для активного перемещения Са и 14а' из цитозоля против их градиентов электрохимического потенциала энергия АТФ используется нем посредственно при работе Са — и 1Ма -АТФаз. Переносчики, пли транспортеры. Концепция переносчиков (сагпег) была разработана в 1960-е гг. на основании ставших классическими исследований Э. Эпштейна с соавт. и других научных групп кинетики поглощения ионов клетками водорослей и отсеченными, так называемыми «обессоленными», корнями растений, выращенных на воде или временно перенесенных на воду. Поглощение «обессоленными» корнями рассматривается как поглощение клет- 326 Апопласт, рН-5 — б АТФазы (помпы) и переносчики АТФаза Н Макси «Кат«-ка Чгз С АТФаза + Р 2+ Иамаас ( «в-) Н+-, Ха+-, Са~-АТФазы; ( чв-) — ЧН«АТФаза вакуолярного типа; ( ) — Н'-ПФаза-пирофосфатаза; (З:х;-с ) — глраяеларгиерак (Иа) — вавилы Рис.
6.15. Схема основных систем транспорта ионов через плазмалемму (ПМ), мембра- ны вакуоли (В) и эндоплазматического ретикулума (ЭР) в растительной клетке. Справа прелставлены помпы н транспортеры ('А — анионы; "С вЂ” катионы; зб — органические вещества: сахара, аминокислоты, органические кислоты); слева — каналы («РУ вЂ” рецептор- управляемые каналы; зБВ и "М — быстрые и медленные вакуолярные каналы; 'ЧГЗ вЂ” потенциалзавнсимый канал; 1п и ога — входной и выходной каналы; макси «кат« — неспецифический Са ', К' входной канал). Пунктиром показана связь транспорта иона с транспортом Н' и рабо- той Н'-АТФазы кой, при этом проводится аналогия между механизмами поддержания ионного баланса клеткой и целым корнем, в котором апопласт уподобляется стенке клетки, симпласт — цитозолю, а вакуом корня — вакуоли одиночной клетки.
Результаты таких исследований были использованы для разработки клеточной модели корня (см. подразд. 6.2.4.2; рис. 6.32). Позднее исследование кинетики поглощения проводили также на вылеленных протопластах и сконструированных мембранных везикулах. Скорость поглощения К отсеченными корнями ячменя меняется при изменении концентрации КС! в растворе„и изотерма поглощения имеет вид 327 гиперболической кривой подобной кривой кинетики насыщения для реак- ции, катализируемой ферментом (рис.
6.16, А). Поэтому, как и кинетика фер- ментативной реакции, зависимость скорости поглощения от концентрации иона соответствует уравнению Михаэлиса — Ментен: ]г ] пах !ьС]ом К„„,„+ [С].м (6.3) где ]' — наблюдаемая скорость поглощения при концентрации иона [С]„„! в растворе; ]㠄— скорость, достигаемая при выходе на плато, когда увеличение 5 7 ,а 25 'ь 20 !5 1 2 3 4 5 [КС1] в среде, мМ Б о2 )ч 0,01 0,1 1 1О 100 [)ЧЩ в средс, мМ В 0,01 0,1 1 10 100 [Роз ] в среде, мМ Г Рис.
6.16. Скорость поглощения как функция концентрации иона в растворе: А — изменение скорости поглощения К' отрезанными корнями ячменя при низких (1) и высоких (2) концентрациях КС! в среде (Ерз!е!и, !966); 6 — многофазнаа (фазы 7 — 4) кинетика скорости поглощения К' по механизму Н (пунктирная линия — 1' „поглощения по механизму 1) (Ерз!е!п„на~па, 1965);  — скорость поглощения ннграта диким типом (!) и сЬе1 мутантом В1 (2) Агаьморгзз в зависимости от концентрации ХОз в среде (по Раг)беща, Те!ултр, 1979); Г— многофазная кинетика (фазы 7 — 5) скорости поглощения фосфата из растворов с разной концентрациея; фосфатом снабжали только участок корня кукурузы (по [чапе! е! а!., 1987); ʄ— константа Михазлиса 328 " 10 щ К„О,10 0,20 10 25 [КС1] в среде, мМ А ! и и Ф О щ 'ье 2 й и щ 50 1С1,, не приволит к увеличению скорости поглогдения (вследствие насыщения связующих мест переносчика); К „, — кажущаяся константа Михаэлиса — Ментен, соответствующая !С],„, при достижении '/г)'„,„.
По аналогии с ферментной реакцией К „характеризует сродство транспортера к иону: чем ниже Кж,, тем эффективнее работает переносчик при низких концентрациях ионов в растворе. Рь, отражает (условно) число мест переноса (количество фермента в ферментативной реакции) и определяет возможности системы транспортировать ион при его высоких концентрациях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
