И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 83
Текст из файла (страница 83)
При исследовании кинетики поступления были получены двухфазные и лаже многофазные кривые, на основании которых были постулированы, а затем и выявлены системы транспорта, достигающие насыщения в разных диапазонах внешних концентраций и с разным сродством к иону (рис. 6.16): механизм! — с небольшой Г„,„и высоким сродством (низкая К ) к иону (высокоафинные переносчики) и механизм 11 — с низким сродством (высокой К ) и высокой г'„' „(рис. 6.!6, А), а в ряле случаев (рис. 6.16, Б) с несколькими точками насыщения.
Переносчики перемещают растворенные вещества либо против, либо по градиенту электрохимического потенциала со скоростями 10з — 10х ионов в секунду. Однако в зависимости от условий, при которых они исследуются, транспортеры иногда ведут себя как каналы, или, наоборот, каналы ведут себя подобно транспортерам (особенно это касается К'), поэтому различия между ними в настоящее время не совсем ясны. Активное перемещение, или вторичный транспорт„ионов и других веществ происходит одновременно (или в котранспорте) с Н' и обеспечивается конформационными изменениями транспортирую~пего белкового комплекса. Котранспорт протона и иона может идти в одном (еимлврюи) или в противоположном (аятилорт) направлениях (см.
рис. 6.15). В симпорте с протоном через плазмалемму транспортируются анионы, К (при низких концентрациях), а также сахара и аминокислоты. В анти- порте с Н переносятся Ха через плазмалемму и тонопласт, а Са, сахароза и гексоза через тонопласт. Некоторые переносчики функционируют на плазма- лемме в системе унияорта. Исследование кинетики поглощения К отрезанными корнями ячменя из раствора КС! в широком диапазоне концентраций (Е. Ераге(п е! а1., 1963) показало, что при поступлении К' как в области низких (<1 мМ), так и высоких концентраций (> 1 мМ) изменение скорости следует кинетике МихаэлисаМентен (рис.
6.16). При низкой концентрации поглощение происходит активио (механиаи 1) и, видимо, в симпорте с Н' (см. рис. 6.15), а при высокой (механизм П) — лаесивло. Первый высокоафинный К~-транспортер НКТ! (Ыябай)гй!у К' Фгапзрог1егз 1) был идентифицирован в корнях пшеницы. Другой транспортер К' из корней А!К!АР! (АгиЬЫорз!з га!1ала К' врга)се) функционирует в зависимости от предшествующих условий выращивания растений (голодание или обеспечение К') как переносчик с высоким (К 44 мкМ) и низким (К 11 мМ) сродством к К' (см. подразд. 6.3.5). По градиенту электрохимического потенциала в системе унипорта через мембрану переносится цинк (см, рис.
6.15). Его транспортер иден гифицирован у АгаЬ1г(оряз (71Р 1 — 4). Экспрессия 21Р! и 71РЗ в корнях растений, голодающих по цинку„дает основание считать, что эти транспортеры участвуют в поглощении Уп из почвы. 329 Анионы транспортируются против градиента химического потенциала, и концентрация )чОз и РО«в тканях в десятки и даже сотни раз превышает равновесную, предсказанную из уравнения Нернста (см. табл. 6.1). Поглощение анионов имеет ту особенность, что не только низкоафинные, но и высокоафинные переносчики электрогенны, т.
е. функционируют в сопряжении с Н -помпой. Поглощение ХОз осуществляется транспортерами высокого и низкого сродства и в обоих случаях происходит симпорт 2Н /)чОь При низкой концентрации скорость поглощения ХОз соответствует кинетике Михаэлиса — Ментон, достигая насыщения при 0,1 — 0,5 мМ (рис. 6.16, В). При дальнейшем увеличении концентрации скорость опять возрастает. Но у дикого типа Агабл(орз1г зависимость скорости К как функции от [ХОз1 в среде гиперболическая, а у мутанта сле1 — линейная, что является ярким примером генетического контроля транспортных систем.
Фосфор транспортируется активно в виде иона НзРО4 в симпорте с Н'. Концентрация Р в почвенном растворе чрезвычайно низкая (см. рис. 6.2), но может сильно возрастать, например, после внесения удобрений. Растения приспособились использовать фосфор как при низкой, так и при высокой концентрации. Функционируют две системы поглощения Н~РО«: система 1 с высоким сродством (К 3 — 7 мкМ), которая экспрессируется или деэкспрессируется при голодании по фосфору, и система П, представленная конститутивными переносчиками с низким сродством (К изменяется от 50 до 350 мкМ), проявляющими многофазность кинетики насыщения в зависимости от концентрации (рис. 6.16, Г).
Ионные каналы — большая и разнообразная группа интегральных белковых комплексов, которые присутствуют во всех клеточных мембранах (см. рис. 6.15). Одна из основных функциональных харакгеристик каналов — их способность распознавать и достаточно селективно, с высокой скоростью (10» — 10" ион/с) транспортировать ионы. Перемещение ионов по каналу происходит по градиенту р, т.е. лассивло, и основной составляющей движущей силы часто является разность концентраций иона по обе стороны мембраны.
Другая особенность каналов — регуляция их пропускной способности в ответ на специфические стимулы, Активность каналов модулируется мембранным потенциалом, рН, концентрацией ионов, внутриклеточными сигнальными молекулами и рядом других эндогенных и экзогенных факторов. боль»пой прогресс в исследовании функциональной активности и регуляции ионных каналов был достигнут благодаря разработке метода «пэтч-кламп» (ра~сЬ с!атр). Метод основан на локальной фиксации потенциала на мембране и измерении проводимости тока, которая отражает проницаемость иона через одиночные ионные каналы с использованием протопластов клеток, изолированных вакуолей или везикул выделенных мембран.
По признаку ионной специфичности каналы классифицируются по видам переносимых катионов (калиевые, кальциевые) и анионов (хлоридные, малатные) (см. рис. 6.15). При более детальной функциональной систематизации каналов учитываются проводимость и селективность каналов, направление транспорта иона, принадлежность к разным мембранам, способы регуляции, электрические и фармакологические характеристики. При этом основные характеристики, используемые для классификации каналов, транспортирующих тот или иной ион, могут 330 быть разными. Калиевые каналы плазмалеммы подразделяются на входные (!пч»агд) и выходные (ооппап1), а калиевые каналы тонопласта — на быстрые ((аз!) и медленные (з1оч») в зависимости от скорости их активации (см.
рис. 6.15). Кальциевые каналы, участвующие в передаче информации и определяющие специфику кальциевого сигнала (см. подразд. 6.3.4), делятся на потенциал- и рецептор-управляемые и классифицируются по местоположению в мембранах (плазмалемма, тонопласт, эндоплазматический ретикулум) и характеру регуляции. Важные характеристики анионных каналов (исследованы, главным образом, хлорные каналы) — их селентивность, направление движени» ионов (1п, оп!) и хинетина (быстрые, медленные), а также локализации в мембранах. Свойство селективности, как правило, не является абсолютным, а отражает преимущественную проводимость определенного иона (при физиологических концентрациях часто близкую к абсолютной).
В настоящее время выявлена целая группа неселективных катионных каналов (НСКК вЂ” английская аббревиатура ХБСС). Среди них наибольший интерес представляют К'/Са -«макси»- катионный канал замыкающих клеток устьиц Ис/а~аЬа (см. рис. 6.15), потенциач нечувствительный К'/)ЧН~-канал корней А, гайана и К'/Ха -канал корней пшеницы. Вакуолярный анионный входной канал пропускает С! „!ЧОч и мала тч'.
Сложность при классификации каналов связана также с необходимостью совмещать известные электрофизиологические и биохимические характеристики с результатами их идентификации на молекулярном уровне. Например, К -каналы, согласно их молекулярно-структурным характеристикам (число доменов и гнарофильных петель и др.) (см. рис. 6.18), разделены на четыре типа (семейства). К так называемому «шейкерному» семейству (Я!чахег Рапп!у) относят идентифицированные у А.
гайана К'-каналы с разными функциями: АКТ! (АгаЬ(дормл гЬа!!апа К (гапаропегз) экспрессируется в эпидерм псе и коре корня и связан с поступлением К из среды; КАТ! (К АгаЬи(орв!» ггапзропегз) переносит К" в замыкающие клетки устьица, а БКОВ (з!е11аг К оц!чапаи! гесййег) осуществляет загрузку ксилемы (см. подразд. 2.3.2; 3.5.1). Ионная специфичность„пропускная способность, характер регуляции и другие свойства канала определяются его структурой. По модели, разработанной главным образом на базе исследования Яа'/К'- и К -каналов животных, ионы перемещаются по специальной структуре — поре, которая имеет полость, заполненную водой, и множество мест связывания (рис. 6.17). Пора формируется отдельными участками полипептидных цепей гомологичных а-субьединиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
