И.П. Ермаков - Физиология растений (1134204), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Большая часть метки '~С-а-кетоглутарата включается в глутаминовую кислоту, экспортируемую из хлоропласга. При этом только незначительное количество глутамина выходит из хлоропласта. Таким образом, взаимодействие фотосинтеза и азотного обмена в хлоропласте может опосредованно регулироваться доступностью образующихся вне хлоропласта нитрита и а-кетоглутарата, возникновение которых в цитозоле связано с реакциями дыхания.
Нитрат — регуляторная молекула. Нитрат проявляет свойства сигнальной молекулы для многих ферментов и процессов. Сигнальная функция нитрата проявляется в быстром (в течение 0,5 — 1 ч) увеличения уровня мРНК индуцируемых генов при низких концентрациях нитрата порядка 10 — 250 мкМ даже в присутствии ингибиторов белка. Так у АгяЬк(орш идентифицировано более 40 генов, индуцируемых нитратом. В табл. 6.5 приведен далеко не полный перечень генов, индуцируемых нитратом. Таким образом, на физиологическом уровне ион 1ЧОз выступает индуктором путей ассимиляторного усвоения нитрата и перепрограммирует метаболизм С на создание восстановительного потенциала и углеродных субстратов для путей ассимиляции. Нитрат также влияет на формирование и рост боковых корней. Локальные аппликации нитрата к корню при его дефиците индуцируют локальную пролиферацию боковых корней. Данный эффект сохраняется у мутантных по НР растений, т.е.
не связан с метаболизацией ХОь С другой стороны, постоянно высокие концентрации ХО~ в среде приводят к уменьшению частоты боковых корней. Наиболее вероятно, что это обусловлено неидентифицированным фактором, поступающим из надземных органов, где нитрат преимущественно накапливается (рис. 6.48). Таким образом, 1~10з-сигнал экзогенной или эндогенной природы «модулирует» рост и морфологию корня. О путях восприятия и передачи ХОз-сигнала известно мало. Действие сигнальной молекулы обычно начинается со взаимодействия с рецептором. Такой белок-рецептор для нитрата не выявлен.
Предполагается, что в передачу сиг- 373 Т а бл и ц а б.5. Некоторые гены, регулируемые ннтратом (механизм передачи сигнала неизвестен) Регуляция в листьях Регуляция в корнях Физиологическая функция Гены Белок Поглощение нитрата )ч'КТ1 Ассимиляция нитрата Ассимляция аммония озо ГОГАТ Метаболизм органических кислот ФЕП СС 1СВН1 РОО Окисл ительно-восста- новительный потенци- ал (метаболизм) Р)ч К Р1) АОРБ Биосинтез крахмала Плазмалемма Эялогеннмй ха,— растения Системное ингибирование транспо ! Формирование и рост боковых корней ,.х локальная стимуляция , ~~6~~ф~Амй1 Гены гены, вторичного ", стимуляция Ответа Другие гены первичного ответа (например, НР и НиР) Гипотетический рецептор нитрата Рис.
б.48. Схема регуляции нитратом формирования боковых корней 374 Х1А )ч(К 1) 1.И1 СЕЙ ОШ РРС РКа НОз -транспортер высокого сродства )чОГ-транспортер низкого сродства Нитратредукгаза Нитритредуктаза Пластндная ГС Пнтозольная пнруваткнназа Цитратсинтаза НАДФ- Изоцнтратдегидрогеназа 6-фссфоглюконат де гндрогензза Ферредоксин: НАДФ-оксндоредукгаза Ферредоксин АДФ-глюкоза пнрофос- форилаза (регуляторная субъеди ница) 2+ нала включены ионы Са, фосфатазы и киназы. Был идентифицирован также ген АЪЖ1, гомологичный фактору транскрипции МААК-Ьох. Этот ген быстро и специфично индуцируется ионом Ь!От в корнях растений, голодавших по азоту. Если экспрессия этого гена заблокирована, то образование латеральных корней под действием нитрата не происходит.
6.3.3. СЕРА" 6.3.3.1. Серосодержащие органические соединения Сера в первую очередь необходима для синтеза и регуляции количества и качества производимого растениями белка, так как входит в состав двух серо- содержащих аминокислот: цистеина и метионина, различающихся по положению серы в молекуле. СООН ! НС вЂ” !чн ! СН ! СН2 ! Я ! СН, Метионин СООН ! НС вЂ” ИН ! СН, ! БН Цистеин Цистеин — главный продукт ассимиляторного восстановления серы и ключевой компонент биосинтеза белка, глутатиона и фитохелатинов. ЯН-группы цистеиновых остатков участвуют в образовании ковалентных, водородных, меркаптидных связей, поддерживающих трехмерную структуру белковой молекулы. Свободные тиоловые группы определяют каталитическую активность многих ферментов, например взаимодействие белка с коферментом.
Четыре БН- группы, хелатируя атом железа, формируют железосерные центры в белках— компонентах электрон-транспортных цепей энергопреобразующих мембран. Метиониновые остатки придают молекуле белка гидрофобные свойства, что важно при стабилизации активной конформации белковой молекулы. Я-аденозилметионин участвует в реакциях трансметилирования. Метионил-тРНК выступает инициатором роста полипептидных цепей.
Донором Б для биосинтеза метионина является цистеип. " Автор — Е. В. Хвритонвшвили. 375 Растения, как первичные продуценты серосодержащих органических соединений, наряду с микроорганизмами, играют ключевую роль в круговороте серы в биосфере. Поглощение серы растениями происходит в основном из почвы в виде иона БОе . После поглощения сульфат-иоп может накапливаться в тканях корней и надземных органов в невосстановленном виде. Восстановление сульфата, необходимое для включение серы в состав органических соединений, происхолит в пластидах, преимущественно в хлоропластах.
Из наиболее функционально важных серосодержащих органических молекул следует назвать ацетилкоэнзим А (ацетил-СоА), липоевую кислоту, биотин, тиаминпирофосфат (витамин В1). БН-группа коэнзима А образует высокоэнергетическую тиоэфирную связь с ацильными группами кислот. В частности, ацетил-СоА служит переносчиком ацетильной группы в реакциях биосинтеза жирных кислот, углеводов и аминокислот. Ряд вторичных соединений образуется из цистеина при замещении и окислении сульфгидрильной группы, например аллиины и а-аминоакриловая кислота.
Серу содержат многие растительные масла, в том числе горчичное и чесночное. У растений серосодержащие вторичные метаболиты широко представлены в семействах И1асеае, Вгазз)асеае, Мппозасеае. В.3.3.2. Поглощение и транспорт сульфата Поглощение сульфата корнями в широком диапазоне концентраций описывается двухфазной ктоивой.
Механизм транспорта — симпорт с протоном со стехиометрией ЗН'/$04 . При диссипации протонного градиента поглощение 304 снижается. 2— Молекулярно-генетический анализ выявил семейство генов транспортеров сульфата на плазмалемме. Белки семейства сульфатных транспортеров различаются по сродству к 304 и различным образом экспрессируются. По крайней мере, можно говорить о двух типах транспортных систем: высокого сродства — Би!гг1, или КТ1 (1Г - 10 мкМ), и низкого сродства — Би!гг2, или БТ2 (К - 100 мкМ), с молекулярной массой 69 — 75 кДа.
БТ1 экспрессируются исключительно в корнях, БТ2 — как в корнях, так и в листьях. Предполагаемая структура белков сульфатных транспортеров — 12 мембраносвязанных доменов, типичных для катионных симпортеров, С- и М-концы обращены в цитозоль. В отличие от фосфатного транспортера центральная аминокислотная петля, обращенная в цитозоль, отсугствует.
Время полуобновления белков сульфатных транспортеров невелико — примерно 2,5 ч, и это делает возможным контроль за поглощением на уровне транскрипции. Главным фактором индукции БТ1 выступает сульфатное голодание, а синтез с1е пото БТ2 в этой ситуации выражен слабо или отсутствует. Хотя транспорт сульфата в вакуоль значителен, сульфатные транспортеры 1- на тонопласте пока не идентифицированы. Известно, что поток $04 в вакуоль зависит от электрохимического потенциала на тонопласте, механизм транспорта в этом случае — унипорт, а движущей силой выступает электрический градиент на этой мембране.
Таким образом, транспорт 304~ через плазмалемму и тонопласт принципиально различается. 6.3.3.3. Ассимиляторное восстановление сульфата Активация сульфата. АТФ-сульфурилаза. Первоначально относительно инертный сульфат активируется: пирофосфорильная группа АТФ под действием фермента АТФ-сульфурилазы замещается сульфатом, в результате чего образуются аденозин-5'-фосфосульфат (АФС) и пирофосфат (ФФ„) (рис.
6.49, реакция 1). АТФ-сульфурилаза представлена двумя сходными по структуре и ки- 376 ж о ! х и ж й К-о ! о — и 1! о о ! М 377 М о в -о ~ $ 1 о , ц б 6 о ~~0 4 Ж И 1 о о=~ — о 1 о ! о= =о 1 о ~( о=о ~ ф о д о о- =о ~ ~М 6 - -6 о ! о=~,— о ! о ! О и=о ,! о %~ о 2 Й о х Р Ф о о 2 о О й Л З о ! Р о Р я Тиоредоксинподобный домен 1 Транзитный пептид 2 редуктазный домен 2à — БН Г вЂ” ЗЗ вЂ” Г АФС нетике реакции изоформами: пластидной и цигозольной.
Обе формы есть и в листьях, и в корнях. В тканях корня активность фермента всегда ниже, чем в листьях. В пластидах образование АФС предшествует ассимиляторному восстановлению серы. В цитозоле АФС в дальнейшем может быть использован в реакциях сульфатирования. Реакциям сульфатирования предшествует образование 3'-фосфоадепозин-5'-фосфосульфата (ФАФС), катадизируемого АФС-киназой (рис. 6.49, реакция 2). Именно ФАФС является донором БОл в реакциях сульфа- 2- тирования (рис.
6.49, реакция 3), катализируемых сульфотрансферазами, локализованными преимущественно в цитозоле. Но ФАФС наряду с АФС может быть и субстратом для ферментативного восстановления. Первый этан восстановления сульфата до сульфита до сих пор не считается окончательно установленным. По доминирующей гипотезе восстановление (рис. 6.49, реакции 4а, 46) проходит две стадии: перенос сульфата с АФС на глутатион à — ЯН с образованием Б-сульфоглутатиона, катализируемый АФС-сульфотрансферазой (4а), и нефермептативное восстановление Б-сульфоглутатиона за счет à — ЯН с образованием à — В — Г и выделением сульфита (46).
Комплементарная ДНК (кДНК) пластидной АФС-сулы1ютрансферазы была выделена и клонирована у зеленъгх морских водорослей и арабидопсис. По структуре фермент оказался близок к тиолзависимым редуктазам (но не к сульфотрансферазалг) и был назван АФС-редуктаза. Он состоит из трех доменов: на Х-конце локализован транзитный пептид, который удаляется после транспорта белка в хлоропласт; далее следует собственно редуктазный домен, гомологичный ФАФС-редуктазам бактерии; на С-конце расположен тиоредоксинподобный домен (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
