Л. Х. Гордон доктор биологических наук, профессор

бранах клеток растений была экспериментально обоснова-
на опытами с использованием специфических ингибиторов 
[Scheel, 1998].
Возникает вопрос, существует ли в растениях еще один 
механизм удаления Са
2+
из цитозоля, характерный для кле-
ток животных после их возбуждения, с помощью 
Na
+
/ 
Са
2+
-
обменника, обладающего низким сродством к 
Са
2+
, но высокой скоростью переноса - около 20 нМ на 1 мг 
мембранного белка в секунду при 300 °С? Функционирова-
ние этого белка-переносчика осуществляется за счет энер-
гии трансмембранного градиента Na
+
и мембранного потен-
циала. На клетках водорослей получены данные о противо-
положно направленных трансмембранных потоках Са
2+
и 
Na
+
, 
характеристики которых свидетельствуют о сходстве 
их с функциональными характеристиками Na
+
/Ca
2+
-o6MCH-
ника животных клеток [Karimova et al., 2000].
В клетках растений существуют еще два органоида, в 
которых концентрация ионов кальция может достаточно 
сильно изменяться, - хлоропласты и митохондрии; однако 
это в значительной степени автономные образования со 
своими системами поддержания ионного гомеостаза. До сих 
пор неясно, в какой степени они участвуют в элиситоринду-
цированном изменении концентрации ионов кальция в ци-
тозоле. Есть надежда, что этот вопрос будет разрешен с ис-
пользованием специально сконструированных для этой це-
ли трансгенных растений. Необходимо отметить, что воп-
рос о вкладе митохондрий в функционирование кальциевой 
сигнальной системы у животных клеток решается положи-
тельно. Более того, считается, что они принимают актив-
ное участие в сигнальных внутриклеточных процессах 
[Крутецкая, Лебедев, 2001], что они могут освобождать 
Са в цитозоль с помощью Na
+
/ 
Са
2+
-
обменника внутренней 
мембраны и поглощать, используя Са
2+
-
унинортер.
Для измерения концентрации ионов кальция в цитозоле 
и других компартментах используют селективные электро-
ды, красители, а также трансгенные растения с привнесен-
ным геном экворина - Са
2+
-
зависимого флуоресцентного 
белка. Использование таких трансгенных растений позво-
лило установить, что сигналиндуцированное преходящее 
повышение содержания ионов кальция в цитозоле приводит 
к быстрому и преходящему возрастанию их концентрации в
митохондриях, что может быть предотвращено предобра-
боткой разобщителями электронного транспорта и фосфо-
рилирования [Rizzuto et al., 1992]. Установление этого фак-
та позволяет подойти к объяснению до сих пор еще не 
очень ясного механизма передачи элиситорного сигнала, 
рецептируемого плазмалеммой, в хлоропласты и митохонд-
рии. Получение трансгенных растений с химерным геном 
экворина и ядерного белка нуклеоплазмина позволило ус-
тановить, что сигналиндуцированное повышение содержа-
ния Са
2+
происходит не только в цитозоле, но и в ядре [Van 
der Luit et al., 1999].
Как уже отмечалось, в целом ряде опытов было показа-
но, что сигналиндуцированное возрастание концентрации 
ионов кальция в цитозоле объясняется активацией кальци-
евых каналов не только плазмалеммы, но и внутренних 
вместилищ ионов кальция [Knight et al., 1996; Mori et al., 
1998].
В опытах с активатором G-белков мастопараном было 
обнаружено, что устранение внешнего пула Са
2+
могло не 
ингибировать кальциевого "всплеска" в цитозоле, из чего 
был сделан вывод об активации кальциевых каналов мемб-
ран органелл [Takahashi et al., 1998]. Подавление эффекта с 
помощью ингибитора неомицина позволило сделать вывод 
об участии в этом процессе фосфоинозитидов.
В настоящее время интенсивно обсуждаются возможно-
сти автокаталитических и автосупрессорных процессов в 
кальциевой сигнальной системе. Большой интерес вызвали 
сообщения о том, что если незначительное повышение кон-
центрации ионов кальция в цитозоле стимулирует, то силь-
ное - ингибирует индуцируемое инозитол-1,4,5-трисфосфа-
том открывание кальциевых каналов. Обнаружен Са
2+
-
ин-
дуцируемый синтез белка кальмодулина, который образует 
с ионами кальция комплекс, принимающий участие в акти-
вации различных белков, в том числе протеинкиназ [Romeis 
et al., 
1999], и через них - факторов регуляции транскрип-
ции. В растениях существуют и кальмодулин-независимые, 
но Са
2+
-
зависимые протеинкиназы, имеющие у С-конца до-
мен, по своей структуре близкий к структуре кальмодулина 
и способный связывать ионы кальция, что приводит к акти-
вации протеинкиназы без участия молекулы кальмодулина 
| Harper etal., 1991].

В последнее время у животных объектов обнаружена не 
только инозитол-1,4,5-трисфосфатная, но еще одна ветвь 
кальциевой сигнальной системы - инозитол-3,4,5-трисфос-
фатная, причем предполагается возможность ее функцио-
нирования и в клетках растений [Munnik et al., 1995; 1998]. 
Оказалось, что изменение местоположения одной из фос-
фатных групп существенно изменяет набор белков, кото-
рые являются мишенями для инозитолтрисфосфата и кото-
рые активируются им.
Возможность регуляции функционирования цитоскеле-
та с помощью кальциевой сигнальной системы - одна из ак-
туальных задач физиологии растений. Имеются данные, по-
зволяющие считать, что действие на микротрубочки и мик-
рофиламенты изменения концентрации ионов кальция опо-
средовано кальмодулином и кальцийзависимыми протеин-
киназами. Динамическое состояние микротрубочек в значи-
тельной степени зависит от фосфорилирования-дефосфо-
рилирования связанных с ними белков. Ингибирование про-
теинкиназ индуцировало стабилизацию микротрубочек в 
суспензионной культуре клеток табака при гипотермии. Из-
менения в цитоскелете могут иметь существенные послед-
ствия для клетки, так как от него зависит движение цито-
плазмы, ориентация отложения микрофибрилл целлюлозы 
в клеточную стенку [Тарчевский, Марченко, 1987; 
Tarchevsky, Marchenko, 
1991], транспортные процессы и т.д
Изменения ионных потоков наблюдаются в клетках не 
только при действии на них патогенов (и патогенпродуци-
руемых элиситоров), но и при симбиотическом взаимодей-
ствии азотфиксирующих бактерий и бобовых растений, в 
результате которого появляются узелки на корнях. Один 
из наиболее быстрых ответов растений на действие вызы-
вающих образование корневых узелков (nodules) липохи-
тоолигосахаридов (Nod-факторов) - это повышение в ци-
топлазме концентрации ионов кальция, а также протонов 
[Cardenas et al., 
1999; 2000]. Показательно, что кальциевый 
ионофор А-23187 по своему действию на образование кор-
невых узелков приближался к эффекту Nod-факторов 
[Felle et al., 1998].
Рецепторы Nod-факторов могут быть непосредственно 
связаны с Са
2+
и С1-каналами [Cardenas et al., 2000]. Альтер-
нативное мнение заключается в том, что вход кальция - это
следующее звено за гетеротримерным G-белком (о чем сви-
детельствуют опыты с активаторами этих белков мастопа-
раном и пертуссиновым токсином) и фосфолипазой С (опы-
ты с ингибитором фермента - неомицином). В первом слу-
чае наблюдалась индукция, а во втором - ингибирование 
эффекта Nod-факторов [Pingret et al., 1998].

жүктеу/скачать 3,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: