Л. Х. Гордон доктор биологических наук, профессор
Время после механического повреждения растения, ч
жүктеу/скачать 3,42 Mb. Pdf көрінісі
|
| Время после механического повреждения растения, ч
Рис. 11. Влияние механического повреждения листьев арабидоп-сиса на связывание фосфолипазы Д мембранами [X. Wang, 2000] 1 - фракция мембран (осадок после центрифугирования при 100 000 g надосадочной жидкости, полученной после центрифугирования гомогената листьев при 6000 g); 2 - фракция растворимых соединений, содержащихся в надосадочной жидкости после центрифугирования при 100 000 g. Проводился иммуноблоттинг фосфолипазы Д ромолярные концентрации ионов кальция и приближающиеся к нейтральным значения рН. Сначала у животных, а затем и у растительных объектов было обнаружено, что свободная фосфатидная кислота является липидным вторичным мессенджером, который способен активировать ряд белков, включая малый (small) G-белок, Са2+- зависимую и Са2+-независимую протеинкина-зы, МАР-киназы, НАДФН-оксидазу, фосфолипазы С и А2 [Wang, 1999; Sang et al., 2001]. В фосфатидатной системе стимуляция элиситором фосфолипазы Д, опосредованная активацией G-белка мастопа- раном, приводит к освобождению из фосфолипидов плазма- леммы фосфатидной кислоты, которая выступает в роли вторичного посредника, от которого сигнальный импульс передается на протеинкиназы и затем на факторы регуляции транскрипции, вызывая в конечном итоге экспрессию защитных генов. Установлено, что фосфатидат способен превращаться в интермедиаты, характерные для других сигнальных путей: в диацилглицерол кальциевого пути, а также в полиеновые жирные кислоты и лизофосфатидную кислоту липоксиге- назного пути. Оказалось также, что накопление свободной фосфатидной кислоты может изменять свойства мембран и, вследствие этого, активность связанных с ними участников других сигнальных систем. Обращает на себя внимание, что фосфатидная кислота является кальциевым ионофором, из чего следует, что она может оказывать некоторое влияние на функционирование кальциевой сигнальной системы. КАЛЬЦИЕВАЯ СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА Повышение концентрации ионов кальция в цитозоле является одной из наиболее ранних ответных реакций на инфицирование патогенами (на действие элиситоров), на механическое повреждение (или раздражение) и другие стрессоры. Эта кальциевая "вспышка" носит преходящий характер. Ее восходящая ветвь вызвана открыванием кальциевых каналов, расположенных в плазмалемме, вакуолярном тонопласте и в мембранах эндоплазматической сети [Blume et al., 2000]. Во всех трех случаях имеет место чрезвычайно высокий трансмембранный электрохимический градиент Са 2+ - в цитозоле концентрация этих ионов при невозбужденном состоянии клетки приблизительно в 1000 раз меньше, чем в клеточной стенке, вакуоле или в матриксе эндоплазматической сети, и цитозольная сторона мембран заря- жена отрицательно по сравнению с другой стороной. При открывании кальциевых каналов ионы кальция устремляются в цитозоль, и их концентрация повышается в 10-20 раз. Эта кальциевая "вспышка" используется клеткой в качестве сигнального интермедиата. В основе сигнальной функции лежит способность ионов кальция взаимодействовать с белками. При связывании ионов кальция некоторыми остатками аминокислот, например аспартата или глута-мата, происходит изменение заряда соответствующего участка белка и, вследствие этого, конформации белковой молекулы. Это сказывается на ее активности, что и используется для передачи элиситорного сигнала на последующие звенья сигнальных цепей. Так же как и в большинстве других сигнальных систем, в случае кальциевой системы элиситоры связываются с ре- цепторами плазмалеммы (рис. 12), после чего элиситорный импульс трансмембранно передается на комплекс G-бел- Рис. 12. Схема функционирования кальциевой сигнальной си- стемы ДАГ - диацилглицерол; ИФ 3 - инозитолтрисфосфат; ИФ 4 - инози- толтетракисфосфат; КЗПК - кальцийзависимая протеинкиназа, отличная от ПКС; МФЛ - мембранные фосфолипиды; ПКС - протеинкина-зы С; ФЛС - фосфолипаза С. Остальные обозначения - см. рис. 6 ков, а от них - на фосфолипазу С (ФЛС), катализирующую реакцию гидролиза эфирной связи между остатками фос- форной кислоты и гидроксила глицерина фосфоинозитоль- ного фосфолипида - фосфатидилинозитолбисфосфата (ФИФ). Образующиеся диацилглицерин и инозитол-1,4,5- трисфосфат являются вторичными посредниками. Первый может активировать мембранные Са 2+ - зависимые проте- инкиназы С (ПКС). Изоформы этого фермента отличают- ся различной степенью активации ионами кальция и диа- цилглицерином. Протеинкиназы С способны осуществлять фосфорилирование большого числа белков, регулируя их активность и вызывая клеточный ответ на внешний сигнал. Это относится и к фосфорилированию белковых факторов регуляции транскрипции. В растениях существует несколько изоформ ФЛС. Наи- больший интерес представляют две из них. Первый тип ФЛС связан с поверхностью плазматических мембран, ее субстратами являются полифосфоинозитиды, необходимая концентрация свободных Са 2+ находится в физиологиче- ской области (от 1 нМ до 1 мкМ); второй тип ФЛС - преи- мущественно растворимая ФЛС, в качестве субстрата для нее предпочтителен фосфатид ил инозитол, для полной ак- тивации фермента необходима высокая концентрация сво- бодных ионов Са 2+ (мМ) [Drobak et al., 1996]. Имеются не- прямые доказательства об участии G-белков в индукции гидролиза фосфатидилинозитолбисфосфата. Другой вторичный посредник - инозитол- 1,4,5-трисфос- фат, взаимодействует с белками кальциевых каналов тоно- пласта и эндоплазматической сети и открывает их, что вы- зывает поток ионов кальция в цитозоль (рис. 13). В нем Са 2+ активирует различные ферменты, например кальцийзави- симые протеинкиназы (ПКС) или кальций-кальмодулинзави- симые протеинкиназы (ПКВ), которые, в свою очередь, мо- гут фосфорилировать белки, в том числе факторы регуля- ции транскрипции, и вызвать экспрессию защитных генов. Инозитол-1,4,5-трисфосфат (или продукт его фосфорили- рования - инозитолтетракисфосфат) может повышать кон- центрацию Са 2+ в цитозоле, открывая также кальциевые каналы плазмалеммы. Предполагается, что у животных клеток мономерные трансмембранные белки - рецепторы упомянутых выше Рис. 13. Влияние элиситоров на кальциевый обмен клеток расте- ний 1 - рецепторактивируемый Са 2+ - канал; 2 - кальциевые каналы, ак- тивируемые ИФ 3 и ИФ 4 ; 3 - потенциалзависимые кальциевые каналы; 4 - транспортировка ионов Са 2+ ионофорами; 5 - Са + - АТФазы плазма- леммы; 6 - Са /Н + - антипортер плазмалеммы; 7 - кальциевые каналы, активируемые ИФ 3 ; 8 - кальциевые каналы, активируемые цАДФР; 9 - кальциевые каналы, активируемые протеинкиназами; 10 - Са 2+ - АТФазы тонопласта; 11 - Са 2+ /Н + - антипортер тонопласта; 12 - Ca 2+ /Na + -o6- менник; ПЛ - плазмалемма; Р - рецептор инозитолфосфатов, после взаимодействия с ними образуют тетрамерные каналы, осуществляющие вброс ионов каль- ция в цитозоль [Крутецкая, Лебедев, 2001]. Недавно обнаружено новое семейство кальцийзависи- мых протеинкиназ (КЗПК), отличных от ПКС. Показано, что под влиянием элисторов может происходить вызван- ная фосфорилированием фермента трансформация его не- |