WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 58 |

Таблица 1. Компартментация некоторых вторичных метаболитов Соединения Места Компартмент образования Алкалоиды Х (13); Ц (12) В (1,8) ; ЭР (1) СП (1) Алкоголи (спирты) Ц (7); В (1) СП (1) Альдегиды Мк (7); СП (1) Амины Х (13); В (1) СП (1) Аминокислоты Х (13); В (1) СП (1) непротеиногенные Водород Х (15); СП (15) Гликозинолаты Х (13); В (1) СП (1) Дитерпены Х (13); В (1) СП (1) Изопрен Х (1,6); СП (1) Камеди - Д (1): АГ (1) СП (1) Кумарины ЭР (14); В (14) В (1) СП (1) Метан - - СП (1) Монотерпены Л (3,11); М(11) ; В (1); СП (11) Х (13) Органические кислоты М (8) В (8) СП (1) Полиацетилены Х (13); В (1) СП (1) Поликетиды Х (13); В (1) СП (1) Пропан Х (9); В (1) СП (1) Сесквитерпены Х (13); В (1) СП (1) Слизи АГ (16) В (16); АГ (1) СП (16) Смолы - Д (1); АГ (1) СП (1) Стерины Х (13); В (1) СП (1) Таннины В (1); В (1,8) ; ЭР (1) СП (1) Терпеноиды Х (1); Л (3) В (1,8);Ц (1) СП (1) Тетратерпены Х (13); В (1) СП (1) Тритерпены Х (13); В (1) СП (1) Фенилпропаны простые Х (13); В (1) СП (1) Флавоноиды Х (1,4,5) В (1,5) СП (1) Цианогенные гликозиды ЭР (1,10) В (1) СП (1) Этан Х (9) СП (1) Этилен Х (9);М (2) СП (1) Эфиры - СП (1) (-) - место синтеза не установлено, Х - хлоропласты, М - митохондрии, Л - лейкопласты, ЭР - эндоплазматический ретикулум, СП – свободное пространвство клетки, В - вакуоль, Д - диктиосомы, АГ – аппарат Гольджи сего везикулы, Ц - цитоплазма, ВM - внутренние мембраны, Мк - микросомы. В скобках даны ссылки на литературу: 1 -Luckner et al. (1980); 2 - Vinkler и Apelbaum (1985); 3 -Gleizes et al. ((1983); 4 –Запрометов и Колонкова (1967); 5 - Charriere-Ladreix (1977); 6 – Санадзе и др. (1972); 7 - Гринева (1975); 8 - Matile (1978); 9 - Bochler-Kohler et al. (1982);

10 - Solomonson (1981); 11 - Bernard-Dagan et al. (1982); 12 - Deus-Neumann (1984); 13 - Wink (1985);

14 - Matile (1987); 15 – Мальцев и др. (1986); 16 - Esau. (1965).

Поскольку вторичные соединения - биологически активные вещества и могут вызвать повреждение наиболее важной части клетки - цитоплазмы, должны существовать механизмы, обезвреживающие их. В растениях имеются два основных пути защиты от химически реактивных веществ. Один из них - компартментация в физически разделенных специфических органеллах. Другой путь состоит в химической модификации до относительно безвредных соединений (что также не исключает изолирование образующихся модифицированных веществ в определенных компартментах клетки). В качестве примеров в табл.1 указаны места синтеза и компартментации вторичных метаболитов. Продуктами внутриклеточной секреции в большинстве случаев являются соединения, образованные в процессе фотосинтеза, и основное место их синтеза - мембраны хлоропластов, хотя некоторые из вторичных метаболитов образуются и в других органеллах: эндоплазматическом ретикулюме, аппарате Гольджи и его везикулах, микросомах, лейкопластах. Основным компартментом растворимых в воде соединений является вакуоль, а для газообразных и липофильных экскретов такую же функцию выполняет свободное пространство клетки.

Прежде чем выделиться из цитоплазмы, секретируемые вещества преодолевают цитоплазматические мембраны - плазмалемму, если вещество выделяется в свободное пространство клетки, или тонопласт при транспорте в вакуоль. В белковых участках мембран имеются гидрофильные поры, в результате чего они проницаемы для воды и водорастворимых компонентов небольшого молекулярного веса, локализованных в цитоплазме. Сахара, аминокислоты, соли могут выделяться в соответствии с градиентом концентрации или электрохимического потенциала. Эти же вещества могут транспортироваться и против градиентов концентрации и потенциалов. В этом случае события происходят при участии АТР, который приводит в действие разные механизмы:

ионные насосы, системы с участием переносчиков и процессы переноса неполярных соединений. Поскольку эти процессы требуют затраты энергии, они находятся в прямой зависимости от метаболизма. Однако чаще всего выделение осуществляется особой формой транспорта - экзоцитозом, который также относится к активным формам выделения [Thiel and Battey, 1998].

1.2.2. Экзоцитоз.

В растениях путем экзоцитоза выделяются частицы и макромолекулы, которым трудно преодолеть барьер, создаваемый плазмалеммой или тонопластом [Kurosami, 1961;

Васильев, 1977; Fahn,1979; Лютге, Хигинботам, 1984; Thiel and Battey, 1998; Battey et al., 1999]. К их числу относятся полисахариды, пектины, слизи, белки и другие соединения.

Эти высокополимерные вещества синтезируются или подвергаются сборке из соответствующих предшественников в аппарате Гольджи, который в растительных клетках состоит из отдельных диктиосом. Каждая диктиосома представляет собой стопку из 5-цистерн. От их краев отделяются секреторные пузырьки (Рис.2a). Движения пузырьков осуществляют сократительные системы клетки после получения соответствующего стимула [Shropshire, 1979]. В составе пузырьков те или иные соединения транспортируются к плазмалемме или тонопласту, где сливаются с мембранами, а секретируемые продукты попадают в свободное пространство или вакуоль. В обычных с гладкой поверхностью везикулах транспортируются крупные молекулы полимеров, Наряду с гладкими пузырьками на диктиосомах формируются пузырьки с шероховатой поверхностью, так называемые окаймленные пузырьки. Их распространение в растительных клетках, по-видимому, носит всеобщий характер [Coleman et а1., 1988]. В окаймленных пузырьках перемещаются в основном специфические крупные молекулы (лиганды), гормоны и медиаторы. От обычных везикул окаймленные пузырьки отличаются наличием чехла из фибриллярного белка клатрина (180000 дальтон), соединенного с меньшим по размеру полипептидом (~ 35000 дальтон). Полагают, что клатриновая оболочка способствует сохранению одетых везикул и их содержимого от лизиса. G-белки и Рис.2. Секреция в растительной клетке. А - электронно-микроскопическая фотография диктиосом клетки пыльцевой трубки табака Nicotiana tabacum x 55000 [Kristen et al. 1988]. Диктиосома состоит из пяти цистерн и образует большие секреторные везикулы, Б – Схема экзоцитоза секрета отдельного секреторного пузырька – проникновение через плазматическую мембрану.



ГТФ принимают участие в транспорте таких везикул [Pearse, Robinson, 1990; Burgoyne, 1992]. Есть специальные адапторы (элементы клатриновых оболочек и везикул, содержащие белки-адаптины), которые способствуют прикреплению клатрина к мембране [Robinson, 1992].

Проникновение через плазмалемму осуществляется с помощью регулируемого и нерегулируемого (стационарного или константного = constitutive) способов [Burgess and Kelly, 1987; De Camilli, 1993]. Стационарный экзоцитоз наблюдается, когда секреторные пузырьки, происходящие из аппарата Гольджи или эндосом, встраиваются в плазматическую мембрану (везикулы становятся частью плазмалеммы) и при этом выделяют наружу свое содержимое без первоначального стимула. Для регулируемого типа экзоцитоза характерно аккумулирование секреторных везикул под плазмалеммой и проникновение через мембрану только после стимула. Регулируемый экзоцитоз происходит под влиянием определенного стимула (повышение концентрации ионов кальция в клетке, ГТФ, АТФ, разнообразных белков) [Thiel and Battey, 1998]. Даже изменение концентрации СO2 в воздухе может регулировать экзоцитоз [Schwartz, AlAwqati, 1985]. Стационарный или конституционный экзоцитоз чаще используется клетками для белковой секреции или включения вновь синтезированных белков в плазмалемму [Chrispeels, 1991]. К этому же типу экзоцитоза относится и перемещение компонентов плазмалеммы (таких как некоторые рецепторы) везикулярными переносчиками от эндосом к клеточной поверхности. Регулируемый экзоцитоз более характерен для секреторных гранул, происходящих из аппарата Гольджи [Karimova et al., 1993; Thorin et al., 1995]. Возможно, что в механизме экзоцитоза на плазматической мембране принимают участие белки аннексины (кальций и фосфолипид-связывающие белки) и имеет место гликолипидное “заякоривание” белков [Cross, 1990; Creutz, 1992;

Clark, Roux, 1995].

На Рис.2Б приведена схема движения секреторного пузырька к плазматической мембране. Предполагается, что в движении секреторных везикул принимают участие АТФзависимые актомиозиноподобные белки, требующие Са2+ для своего сокращения и гидролиза АТФ [Pan et al., 2005]. Действительно ингибитор актиновых филаментов животных цитохалазин блокирует транспорт секреторных пузырьков в растениях [Steer, 1988]. Есть сведения [Kreis, 1990], что в транслокации элементов аппарата Гольджи и секреторных везикул принимают участие и микротрубочки. Определенную роль в транспорте секреторных везикул играют гуанозинтрифосфат (ГТФ) и ГТФ-связывающие белки, поскольку установлено, что движение этих везикул от аппарата Гольджи к другим органеллам в плазмалемме ингибируется негидролизуемыми аналогами ГТФ [Tooze et al., 1990]. Особенно важна роль кальция в секреции белков [ Li et al., 2008]. Например, показано [Steеr, 1988], что повышение концентрации Са2+ усиливает секрецию амилазы в алейроновых зернах клеток семян ячменя Hordeum spp. и пероксидазы суспензионной культурой клеток шпината Spinacia spp.

Секреция белков происходит с помощью секреторных везикул [Pan et al., 2005] и может происходить тремя путями [Akasawa, Hara-Nishimura, 1985]: 1. движение из клетки – экстраклеточная секреция (например, амилазы из проростков риса Oryza и полифенолоксидазы из клеток клена Acer; 2. движение внутри клетки и (или) из клетки (например, секреция в вакуоль кислой фосфатазы или пероксидазы из клеток клена Acer):

3. внутриклеточное передвижение и запасание секрета в виде глобул белковых тел (например, в семядолях тыквы Cucurbita spp.). Во всех трех случаях синтезированные в грубом эндоплазматическом ретикулюме белки [Sugano,1991] попадают в аппарат Гольджи и затем в составе пузырьков транспортируются к плазмалемме или тонопласту. Там мембрана пузырьков сливается с плазмалеммой или тонопластом, а секретируемые белки поступают в свободное пространство клетки или в вакуоль. Иногда белок транспортируется непосредственно от места синтеза до плазматической мембраны, обходя аппарат Гольджи. Этот путь транспорта наблюдается у рыльца пестика Crocus и пищеварительных желез Dionea muscipula [Robins, Juniper, 1980]. При различных иммунных реакциях растения наблюдается также необычный путь (default pathway) секреции [Kwon et al., 2008].

Для изучения транспорта белков и секреции их в клетке используют специальные блокаторы, например брефельдин А (brefeldin A), который препятствует транспорту белков из эндоплазматической сети в аппарат Гольджи и обратному трафику белка из аппарата Гольджи в эндоплазматический ретикулум [Satiat-Jeunemaitre et al., 1996;

Nebenfuhr et al., 2002]. При этом белки накапливаются внутри эндоплазматическиого ретикулума. Полагают, что мишенью действия брефельдина А является участок ГТФобмена (содержащий ГТФ-азу), который включен в транспорт везикул с белком к наружной мембране.

Другой путь исследования клеточных механизмов секреции – использование маркерных белков из медуз, встраиваемых генетически и флуоресцирующих зеленым или желтым светом при возбуждении ультрафиолетовой радиацией в области 360-380 нм [Eckardt, 2000; Hanton, Brandizzi, 2006.; cм. также ссылки в монографии Roshchina, 2008].





Кроме того, используют специальные флуоресцентные красители и метки, например на белки или липиды [Battey et al., 1999]. Автофлуоресценция и окраска антоцианов также предлагаются в качестве естественных маркеров изучения транспорта веществ в клетке и из нее [Gomez et al., 2011].

1.2.3. Внешняя и внутренняя секреция Различают внешнюю (экстраклеточную) и внутреннюю секрецию. Внутренняя секреция осуществляется в свободное пространство клетки (пространство между плазмалеммой и клеточной оболочкой) или в вакуоль (через тонопласт).

При экстраклеточной секреции в зависимости от специализации возможны три вида секреции: мерокриновая, апокриновая и голокриновая [Esau, 1965; Эсау, 1969;

Эзау, 1980; Romberger et al., 1993; Evert and Esau, 2006] как показано на схеме:

В процессе мерокриновой секреции секретируемое вещество выделяется из клеток, которые остаются живыми. Этот тип секреции включает в себя две разновидности – экриновую и гранулокриновую. При экриновой секреции выделяющееся вещество состоит из мелких молекул, способных проникать через мембраны (как описано выше, путем пассивного или активного транспорта). Гранулокриновая секреция имеет место, если вещество не растворимо в воде или вообще трудно проникает через мембрану. В этом случае секреция осуществляется путем экзоцитоза [Creutz, 1992]. Фан [Fahn, 1989] описывает тип мерокриновой секреции и при выделении запасных или ненужных клетке веществ в вакуоль.

Апокриновая (греч. apokrino отделять) секреция происходит с повреждением клетки.

Выделение наружу выработанного секрета сопровождается выбросом части цитоплазмы, но отделяется только безъядерная часть клетки. Примером такой секреции является отрыв головок у солевых волосков некоторых галофитов. Остается неясным, происходит ли при таком типе секреции регенерация клетки или клетка отмирает.

При голокриновой секреции (греч. holos весь + krino отделять) клетка полностью деградирует. В этом случае отмечается полный выброс содержимого клетки вместе с выработанным секреторным продуктом в окружающую среду. Этот тип выделения наблюдается при секреции слизи клетками корневого чехлика. В качестве другого примера голокринной секреции могут служить многие лизигенные секреторные ходы и протоки, куда после лизиса клеточной стенки выделяются секреты из разрушенных клеток внутри тканей Ambrosia trifida [Lersten and Curtis, 1988].

Далее будут рассмотрены секреция любых клеток в свободное пространство клетки и в вакуоль, секреция специализированных клеток – идиобластов в тканях и одиночных растительных микроспор.

1.3. СЕКРЕЦИЯ В СВОБОДНОЕ ПРОСТРАНСТВО КЛЕТКИ Свободным пространством клетки обычно считают часть клетки вне объема, ограниченного плазмалеммой [Курсанов, 1976]. Однако оболочка и плазмалемма являются единым комплексом и с трудом отделяются друг от друга [Саляев, 1985]., Поэтому выведение веществ через плазмалемму есть по сути дела секреция в свободное пространство - между клеточной стенкой и плазмалеммой. Некоторое расстояние между клеточной стенкой и плазмалеммой (периплазматическое пространство) реально появляется только в результате секреторной деятельности клетки, когда за плазмалемму изливается содержимое пузырьков Гольджи, и в этих случаях действительно плазмалемму от оболочки отделяет иногда значительное пространство, занятое секретом [Саляев,1985].

Секреция в свободное пространство является первый этапом выведения секрета из любой клетки. Этот процесс особенно заметен у специализированных секреторных клеток.

Выделение секрета связано и с образованием оболочки, что наглядно демонстрируется в процессе деления меристематических клеток. Основными компонентами клеточной оболочки являются аморфный матрикс с высоким содержанием воды и опорная - фибриллярняя система, состоящая из целлюлозы. Элементы матрикса - гемицеллюлозы (главным образом уреиды) и пектиновые вещества - синтезируются аппаратом Гольджи, а затем выделяются через плазмалемму путём экзоцнтоза [FreyWyssling 1973; Фрей-Висслинг, 1976; Lttge and Higinbotham, 1979; Лютге, Хигинботам, 1984]. Опорная фибриллярная система состоит из целлюлозы (-1,4-полиглюкозана), галактана (-1,3-полиглюкозан), которые синтезируются снаружи от плазмалеммы в образовавшемся матриксе оболочки. Синтез этих элементов осуществляется комплексом ферментов, локализованных в плазмалемме [Фрей-Висслинг, 1976].

Показано [Griffing et al., 1986], что полисахариды синтезируются при помощи двух основных ферментов - глюкансинтазы 1 (КФ 24.1.12) и глюкансинтазы 2. (КФ 24.1.34) Оба фермента найдены в одетых мембранами пузырьках. Первый из ферментов исходно локализован в аппарате Гольджи, а второй - в протоплазматической мембране и митохондриях. Предполагается, что мембранные пузыри отделяются от цистерн аппарата Гольджи и, захватив фермент, доставляют его к клеточной стенке, где он принимает участие в синтезе -1-4-связанного глюкана.

Многие ферменты, синтезированные в цитоплазме, могут выделяться в свободное пространство клетки, преодолевая мембранный барьер. В клеточной стенке локализован ряд ферментов, с действием которых связаны процессы лигнификации, дифференциации и растяжения клеточных стенок. В ней обнаружены целлюлазы, -1,3-глюканаза, целлобиаза и ряд других гидролаз, малатдегидрогеназа, кислые изоформы пероксидазы и другие ферменты. Таким образом, клеточная стенка может рассматриваться как “депо ферментов” [Саляев, 1985, Schlo еt а1., 1987}.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 58 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.