Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Исследование ионных транспортеров плазмалеммы и тонопласта ячменя : диссертация ... кандидата биологических наук : 03.00.03

Год: 2006

Номер работы: 71652

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Растения в условиях ночвенного засоления подвергаются следующим неблагоприятным факторам: эффекту осмотического давления в среде, который возникает в результате относительно высокой концентрации солей и токсическому действию самих солей непосредственно на нротоплазму растительных клеток [Строганов 1970]. Для описания ответов растения на засоление предложена двухфазная модель. В течение начальной фазы, которая продолжается на протяжении нескольких дней, доминирует водный дефицит, в результате

1.1.1. Гиперосмотический стресс Один из эффектов солевого стресса - гиперосмотический стресс. Он вызывает в клетках дисбаланс ионов, изменение осмотического потенциала, активности и стабильности клеточных ферментов. Рост растительных клеток, главным образом, является результатом растяжения клеток путем увеличения центральной вакуоли. Для роста клеток и механической жесткости клеточных стенок требуется поддержание необходимого тургорного давления, которое падает при солевом стрессе. Осмотическ

Гиперосмотический стресс и токсичные ионы в клетке приводят к развитию вторичного окислительного стресса - генерации ROS, таких как супероксид радикал (Ог'), перекись водорода, гидроксильные радикалы. Эти соединения новреждают хлоронласты, клеточные макромолекулы, индуцируют перекисное окислеиие ненасыщенных жирных кислот и деэтерификацию фосфолипидов мембран. Накопление ROS в больших количествах ведет к запуску апоптоза [Niu et al. 1995, Bewley 1979]. Такие события происходят в клетке при на

Солеустойчивость растений - способпость расти и поддерживать основные процессы и продолжать жизненный цикл в высоко засоленной среде [Levitt 1990]. Солеустойчивость растения проявляется в комплексности и сложности на генетическом и физиологическом уровнях. Попытки оценить наследуемость солеустойчивости, показали, что этот признак проявляет доминантность [Azhar & McNeilly 2001], гетерозис [Tal & Shanon 1983] и аддитивный эффект [Akbar et al. 1986]. Большое число физиологических данных

Клеточные детерминанты солеустойчивости характеризуют как эффекторы, представленные двумя группами. Первая группа включает в себя белки, белковые комплексы и метаболиты, непосредственно вовлеченные в нейтрализацию токсического влияния стресса. К другой группе отпосятся белки, выполняющие регуляторную роль. Они восприпимают стресс, участвуют в проведении сигналов, регулируют активность и генную экспрессию эффекторов первой группы [Hassegawa et al. 1997]. К основным клеточным эффекторам солевог

1.3. Ионный гомеостаз растительной клетки нри солевом стрессе Ответ растительной клетки на увеличение Na"^ в цитозоле проявляется в поддержании низких концентраций этого иона н высокого соотношения K'^/Na'^ в цитозоле, что достигается реализацией трех стратегий:

- дискриминация между К^ и Na^ при поступлении в клетку, - удаление Na"^ в анопласт, - компартментация Na^ в вакуоли [Bluniwald 2000].

При нормальных условиях растения поддерживают высокое соотношение K"*"/Na'^ в цитозоле. Концентрация К"^ составляет 100-200 мМ, а Na"^ - 1-10 мМ [Binzel et al. 1998], Поскольку трансмембранный потенциал на плазматической мембране составляет в среднем 140 mV [Higinbotham 1973], то при высокой внеклеточной концентрации Na^ формируется большая величина электрохимического градиента этого иона, что благоприятствует пассивному транспорту Na^ в цитозоль через калиевые транспортер

Аккумуляция Na^ в тканях обусловлена балансом между поступлением Na"^ в клетку через ионные каналы и транспортеры и удалением Na"^ из клетки нротив градиента концентрации. В клетках высших растениях это активный процесс, нротекающий за счет работы плазмалеммарного NaVH"^- антипортера [Braun et al. 1988, Blumwald et al. 2000]. Ha молекулярном уровне этот Na*/H*- антипортер идентифицирован пока только в арабидопсисе [Shi et al. 2000]. Протонный градиент, создаваемый Н'^-АТФазой п

1.3.3. Компартмеитация ионов натрия в клеточных вакуолях Компартментация Na^ в вакуоль широко распространена среди галофитов и гликофитов. Она осуществляется посредством работы вакуолярного Na"^/H"^- антипортера, транспортирующего иоп натрия в вакуоль в обмеп па протон [Hasegawa et al. 2000]. Протонный градиент для переноса Na* через мембрану генерируется за счет функционирования двух протоных насосов тонопласта: V-АТФазы [Barkla & Pantoja 1996] и вакуолярной Н"^- пирофосф

1.3.4. Постуилеиие аниоиов хлора Механизмы поступления СГ в клетку и удаления из нее остаются большей частью невыясненными. Установлено, что в условиях [С1]внек < [С1]цит), СГ активно поглощается по механизму СГ/пН"^- симпорта [Felle 1994]. Электрофизиологическими методами в изолированных протопластах пшеницы были открыты ионные каналы, проницаемые для NOj' и СГ в условиях высоких внешних концентраций NaCl [Skerrett & Tyerman 1994]. Как показано в работе Ziska с соавт. (1991) избы

1.4. Поддер/каиие ионного гомсостаза нри солевом стрессе в растениях Контроль движения Na"^ по растепию требует высокой степени коордипации транспортных процессов, протекающих в клетках разных тканей и органов. К таким процессам относятся:

- начальное поступление в корень и удаление Na"^ из клеток корня, - контроль поступлепия Na* в ксилему, - реабсорбция Na* из ксилемы, - рециркуляция Na* из паземных тканей по флоэме из листьев обратно в корни, - вакуолярная компартментация Na* в наземной части и старых листьях - накоплепие Na* в морфологических образованиях на поверхности листа у галофитов.

1.4.1. Начальное иостунление в кореиь и удалеиие Na* из клеток корня Аккумуляция Na* в тканях корня C(Na+)R обусловлена баланс

1.4.2. Контроль поступления Na* в ксплему Предотвратить накопление Na* в надземной части растений возможно, благодаря поддержанию пизких концентраций Na* в ксилеме. В основе такой стратегии лежит минимизация поступления Na* в ксилему по симпласту корней, или максимизация реабсорбции Na* из ксилемы, прежде чем токсичные ионы достигнут чувствительных тканей листьев. При условии, когда концентрации Na* в клетках ксилемной паренхимы во много раз превыщают концентрацию его в ксилеме [Harvey 1985],

1.4.4. Рециркуляция Na^ цо флоэме из листьев обратио в кории Транспорт Na* из листьев по флоэме в корни может быть настолько значителен, что даже влияет на общую аккумуляцию Na"^ в надземной части растений [Lohaus et al. 2000]. Более того, рециркуляция Na* коррелирует с солеустойчивостью сортов томатов [PerezAlfocea et al. 2000]. Установлено, что ген НКТ1 экспрессируется в клетках-спутниках флоэмы и уровень флоэмного Na* существенно снижается в hktl нокаут мутантах [Berthomieu et al. 200

1.4.5. Вакуоляриая комиартмситация Na* в иадземпой части Согласно многочисленным данным вакуолярные NaVH* антипортеры активируются нри солевом стрессе как в корнях, так и в надземной части [Blumwald et al. 2000], а степень индукции NaVH'^-обменной активности коррелирует с солеустойчивостью растений [Staal et al. 1991]. Помимо того, что аккумуляция Na* в вакуолях клеток листьев вносит вклад в осмотическую адаптацию клетки при солевом стрессе, увеличение накопления Na^ в вакуоли тесно сонряжено

1.4.6. Плазмалеммарный Na^/Н^-антипортер в клетках листьев Функционирование нлазмалеммарного Na'^/Н'''-аитинортера в тканях листа будет сопровождаться накоплением высоких концентраций Na* в ограничеином объеме апопласта листьев, которые могут достигать 600 мМ, даже при средних концентрациях NaCl в среде, как наблюдалось в Oriza sativa [Flowers et al. 1991]. Это может создать предпосылку для осмотического оттока воды из клеток.

1.4.7. Накопление Na^ в морфологических образованиях листа При солевом стрессе галофиты компартмептируют ионы натрия и другие токсичные ионы в снециальных солевых железах и секреторных нузырьках па поверхности листьев, наряду с перечисленными выше клеточными и тканевыми механизмами регуляции ионного гомеостаза. Этот морфологически обусловленный механизм позволяет галофитам произрастать на сверхзасоленных ночвах [Flowers et al. 1977].

1.5. Сигналы трансдукцин солевого стресса в растениях Классический нуть передачи сигналов начинается с восприятия стресса белком сенсором, который активирует фермент, генерирующий вторичные месенжеры. Эти соединения, в свою очередь, модулируют концентрацию Са^^ в цитозоле. Далее сигнал передается на CDPK, CDBP, или каскад нротеинкиназ, которые регулируют активность белковмишеней путем фосфорилирования. К числу белков-мишеней относят обычно метаболические ферменты и транскрипционные факторы. Д

1.5.1. SOS сигнальный каскад в Arabidopsis thaliana SOS Т-ДНК мутанты гинерчувствительные к высокому содержанию солей Na"^ или Li"*" определяются тремя SOS покусами: S0S1, S0S2 и S0S3 Arabidopsis thaliana [Zhu et al. 1998]. S0S3 - миристоилированный Са^^-связываюший белок воспринимает транзиентпое увеличение Са^"^ в цитозоле при повышенных концентрациях NaCl [Knight et al. 1997, Liu & Zhu 1998] и взаимодействует с S0S2 - серин/треонин протеинкиназой [Liu et al. 2000],

1.5.2. Сигналы траисдукции гииеросмотического стресса В арабидопсисе была идентифицирована гистидинкиназа AtHKl, гомологичная «двухкомпопентному» сенсору дрожжей. Как полагают, она воспринимает изменения механических параметров плазматической мембрапы при гиперосмотическом стрессе [Urao et al. 1999]. Сигпал с AtHKl передается на каскад протеинкиназ (МАРК) [Hirt 1997]. Потенци- альными мишенями МАРК-каскада являются транскрипционные факторы и ферменты, участвующие в синтезе осмопротекторов [

2.1. АБК и Са^^-зависимые пути передачи стрессовых сигпалов Гиперосмотический стресс вызывает увеличение биосинтеза и накопления АБК в тканях растения, которая быстро разрушается при снятии стрессового воздействия. Увеличение концентрации АБК достигается при транскрипционной активациии генов, кодирующих ферменты биосинтеза АБК, предположительно, через Са^^-зависимый путь передачи сигна Осмотический стресс G-белки \ Фосфолипаза С МАРК каскад Активация генной экспрессии Факторы i Вакуолярны

1.6. Na^/Н^-антипортеры эукариот

1.6.1. Сравнительный анализ функций Na^/Н^-антипортеров эукариот NaVH^-антипортеры эукариот имеют много идентичных структурных особенностей, и следует ожидать определенную степень тождественности их функций, которые неразрывно связаны с субклеточной локализацией Na^/Н^-антипортеров и строением клеток разных групп эукариот. В табл.

1.1 суммированы основные функции NaVH^-антипортеров эукариот. Из таблицы

1.1. видно, что регуляция рН и осмотическая адаптация характерна для впутрикл

2. Структурные особенности Na^/Н^-антинортеров При всем мпогообразии функций 'Na^fH*' -антипортеры имеют сходную двухдоменную структуру. N-термипальный гидрофобный домен, ответственный за NaVH'''-обмен, наиболее 20 консервативен у Na^/H* -антипортеров из разных биологических групп, состоит из 10-13 трансмембранных сегментов (а-спиралей), соединенными петлями разной длины, которые обращены в цитоплазму или во внеклеточную среду, С - терминальный гидрофильный домен характеризуется значительным

1.6.3. Структура Na^/Н^-антипортеров растений

1.6.

3.1. Плазмалеммарный Na^/Н^-антннортер В Arabidopsis thaliana впервые был идентифицирован плазмалеммарный NaVH^- антипортер растений SOS1 (Асе. No. AF256224). Ген SOS1 состоит из 22 интронов и 23 экзонов и кодирует полипептид длиной 1146 а.к.о. с молекулярной массой 127 кД. Анализ профиля гидрофобности S0S1 показал, что аминокислотная последовательность N- терминального домена S0S1 (1-450 а.к.о.) пересекает мембрану 12 раз (12 трансмембранных а - спиралей), и имеет высокую гомологию с NaVH'^

1.6.4. Механизм фуикционироваиия Na^/Н^-аитипортера Согласно гипотезе о работе белков-переносчиков предложенной Воуег [Воуег 1988], одновалентные катионы образуют координационные связи с электроотрицательными группами переносчика, формируя эфиро-подобную структуру. Умеренные конформационные изменения в белковой молекуле могли бы быть ответственны за транслокацию координированного катиона с одной стороны мембраны на другую. В пользу этой гипотезы свидетельствуют результаты направленного мутаге

1.7. Функционирование Na^/Н^-антипортеров в животных клетках NaVH^-антипортер плазмалеммы животных клеток для переноса протона из клетки использует градиент ионов натрия, генерируемый Иа^Д^-АТФазой. Удаление избытка внутриклеточного Н^ в обмен на внеклеточный Na^ для поддержания оптимального рН цитоплазмы - наиболее эффективный способ для предотвращения накопления избытка кислот в клетках с высоким уровнем метаболизма. Помимо этого, работа NaVH^-антипортера необходима для поддержания клеточно