WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 58 |

К числу продуктов, выделяемых через плазмалемму, относятся продукты распада, например аммиак и углеводороды: этан, этилен, пропан, которые являются продуктами перекисного окисления мембран хлоропластов [Bchler-Kohler et а1., 1982]. Вообще большинство летучих веществ выделяется через плазмалемму в свободное пространство клетки. Примером секреции специализированными клетками в свободное пространство может служить процесс выделения монотерпенов. Синтез этих веществ осуществляется в больших лейкопластах амебоидной структуры, которые имеют только несколько внутренних мембран и их строма лишена рибосом [Вегпагd-Dagan еt аl., 1982]. Вокруг лейкопластов имеется обертка из эндоплазматического ретикулума, связанная с мембранами лейкопластов, что позволяет терпеноидам переходить из мест их синтеза – пластидной наружной оболочки - к месту их аккумуляции - свободному пространству клетки. Подробнее о синтезе и секреции терпеноидов (см. раздел 3.6).

Фенолы также секретируются в свободное пространство клетки. Так у брюквы Brassica napus фенольные соединения появляются на ранней стадии эмбриогенеза (через 36 часов после прорастания) или в цитоплазме (в малых вакуолях) или к наружи от плазмалеммы В последнем случае секреторные фенольные соединения являются барьером, препятствующим инфекции [Zobel, 1989].

1.4. СЕКРЕЦИЯ В ВАКУОЛЬ В полностью развитых растительных клетках имеется крупная центральная вакуоль, которая может занимать до 90% объема зрелой клетки [Нобел, 1973]. Вакуоль является местом накопления водорастворимых соединений, которые попадают в нее из цитоплазмы.

Мембрана дает избирательной проницаемостью, и в вакуоли концентрируются вещества только определенного типа. С физиологической точки зрения вещества, заполняющие вакуоль, принадлежат к двум разным категориям. С одной стороны - это вещества, ценные для растения, - сахара, аминокислоты, органические кислоты и др., которые сохраняются и могут вновь включаться в процесс обмена веществ. В вакуоли содержится около различных видов белков. Среди них много гидролаз: кислая протеиназа, кислая фосфатаза, маннозидаза, галактозидаза [Кеnуоn, В1аск, 1986]. Оксидоредуктазы представлены основными изоформами пероксидаз [Schlo еt аl., 1987]. Как все белки, ферменты синтезируются в цитоплазме на рибосомах и затем транспортируются через тонопласт в вакуоль.

С другой стороны, в вакуолярном соке содержатся и вторичные продукты обмена - флавононды, алкалоиды и др., накопление которых обусловлено ограниченной способностью клетки выделять их наружу. Таким образом, центральная вакуоль клетки является своеобразной секреторной системой, в которую выводятся из сферы активных превращений вещества различной химической природы. Состав веществ, секретируемых цитоплазмой в вакуоль, сильно изменяется в зависимости от видовых особенностей растений, фазы развития и местонахождения клеток (корень, лист и другие органы).

Вакуоль выполняет ряд функций (осморегуляция, поддержание тургора, запасание ассимилятов и секреция). Секреторная функция становится преобладающей в зрелой клетке, когда в вакуоли накапливаются нереализованные продукты обмена [Мatilе, 1987].

Суммарная концентрация веществ, как и отдельных соединений, клеточном соке выше, чем в цитоплазме, и движение молекул, как правило, направлено против градиента концентрации. Транспорт секретируемых веществ через тонопласт осуществляется с помощью активных механизмов - экзоцитоза и пиноцитоза [Fineran, 1971], однако в отдельных случаях допускается возможность пассивного процесса [Бузук, Ловкова, 1986].

Механизм транспорта вторичных веществ через тонопласт изучен довольно слабо, за исключением фенолов и алкалоидов.

Фенольные соединения, по-видимому, могут синтезироваться и в вакуоли и в хлоропластах, В вакуоли обнаружены халконсинтаза, халконизомераза, флавоноид гликозид трансфераза, а в хлоропластах.- фенилаланинаммоний-лиаза, цинномат 2гидроксилаза и гидроксилциннамил~ КоА: хиннат гидроксициннамил трансфераза и халконсинтаза [Hrazdina, Wagner, 1985].

В поcледние годы исследования хлоропластов и вакуолей как мест синтеза и аккумуляции фенолов получили дальнейшее развитие. На культуре ткани чайного растения показано, что при непрерывном освещении в каллюсной ткани возникали хлоропласты, формирование которых сопровождалось значительным увеличением суммы растворимых фенольных соединений и появлением в их составе, помимо катехинов и проантоцианидинов, флавонов. Последние были представлены двумя агликонами (кемпферолом и кверцетином) и пятью их гликозидами. На изолированных хлоропластах тополя Populus nigra показано, что флавоноиды накапливаются в тилакоидных и протоплазматической мембранах хлоропластов [Charriere-Ladreix, 1977].

Накопление их в вакуоли - это уже вторичное явление, возникающее как результат транспорта этих веществ из хлоропластов. В переносе фенолов в вакуоль, вероятно, участвует и эндоплазматический ретикулюм, внутри которого могут передвигаться фенольные соединения [Charriere-Ladreix, 1977]. Проникновение в вакуоль через тонопласт в этом случае происходит в везикулах по типу экзоцитоза. Возможно, что движение веществ через вакуолярную мембрану может идти и по типу пиноцитоза. Наличие такого поглощения у центральных вакуолей паренхимных клеток было показано Файнерэном [Fineran, 1971]. Согласно предложенной им схеме, частица или молекула адсорбируется на тонопласте, что индуцирует образование в мембране впячивания, в результате которого образуется пузырек, попадающий в вакуоль. После исчезновения мембраны пузырька вещество оказывается в клеточном соке.



Как показывают исследования [Charriere-Ladreix, 1977], отток фенольных соединений из хлоропластов идет в виде агликонов. При попадании в вакуоль происходит их гликозидирование за счет присоединения сахарного остатка, с помощью которого ослабляется токсичность фенольных соединений. Кроме того, переход агликона в гликозид повышает растворимость фенольных соединений в воде и одновременно снижает их растворимость в липидах биомембран, затрудняя обратный выход фенольных соединений из вакуоли через тонопласт.

Кроме фенолов, в пластидах (хлоропластах и лейкопластах) синтезируются алкалоиды, терпены, некоторые углеводороды, многие из которых также могут накапливаться в вакуоли. Накоплению алкалоидов в вакуолях посвящен ряд специальных работ [Мntz, 1984; Deus-Neumann, Zenk, 1984; 1986; Бузук, Ловкова, 1986]. Синтез алкалоидов происходит в цитоплазме [Deus-Neumann, Zenk, 1984], а в особых случаях в пластидах или отдельных везикулах [Wink, 1985; Hartmann, 1985]. Первоначально представления о накоплении алкалоидов в вакуолях основывалось на том факте, что вакуолярный сок имеет кислую реакцию. Согласно этой модели, алкалоиды могут свободно проникать через тонопласт путем диффузии в липофильных слоях. В кислой среде вакуоли алкалоиды протонируются и, следовательно, ловятся как катионы, для которых тонопласт слабо проницаем или вовсе непроницаем [Маtilе,1984]. Кроме того, в иммобилизации алкалоидов могут принимать участие фенольные и другие компоненты клеточного сока, которые образуют с алкалоидами сложные комплексы. Этот механизм, названный механизмом ионной ловушки, подтверждается классическимя наблюдениями с нейтральным красным красителем, механизм поглощения которого, как полагают, аналогичен поглощению алкалоидов [Маtilе, 1984].

Возможноcть попадания алкалоидов в вакуоль через тонопласт путем простой диффузии была подтверждена [Hauser,Wink, 1990] на вакуолях, выделенных из латекса.

Поглощение алкалоидов (9,10-дигидроэргокриптин, винбластин, стрихнин, никотин, колхицин, люпанин и 13-гидроксилюпанин) соответствовало кинетике простой диффузии.

Накопление алкалоидов происходило против градиента концентрации, но АТФ не влияла на поглощение алкалоидов Авторы полагают, что алкалоиды улавливаются посредством хелидоновой кислоты, которая образует комплексы с алкалоидами и предотвращает, таким образом, их диффузию из везикул. Попутно отметим, что концентрация хелидоновой кислоты намного выше в вакуолях (661 мМ), чем в латексе (58 мМ). Таким образом, подтверждается возможность накопления алкалоидов в вакуолях с помощью пассивного механизма.

Сомнения в широком распространении этого явления возникли после опытов с изолированными из культуры тканей вакуолями [Deus-Neumann, Zenk, 198б]. Оказалось, что выделенные вакуоли накапливает только те алкалоиды, которые специфичны для данного растения. Вакуоли, полученные из растений, не синтезирующих данные алкалоиды, были неспособны их накапливать. В этом отношении показательны опыты [Mende, Wink, 1987], в которых изучалось поглощение алкалоидов люпинина (1оксиметилхинолизидин) и атропина протопластами и изолированными вакуолями из клеток культуры тканей люпина Lupinus polyphyllus, шпината Spinacia oleracea, подмаренника Gallium, белладонны Аtrора belladonna. Люпинин поглощался только вакуолями люпина, а атропин - только аналогичными органеллами белладонны. Вакуоли же других исследованных растений не поглощали ни люпинин, ни атропин. На основе этих данных возникли представления о существовании в тонопласте высокоспецифических для данного вида растения переносчиков алкалоидов, которые функционируют за счет энергии метаболизма.

Имеются сведения [Matern,1987] в пользу того, что для транспорта вторичных метаболитов в вакуоль и фиксирования их там большое значение имеют стеричеокие параметры молекулы. Бузук Г.Н. и Ловкова М.Я. [1986] использовали в опытах алкалоиды различной структуры и показали, что скорость их проникновения в вакуоль значительно отличается и связана с их стериоизомерией. Преимущество стереоизомерной модели в том, что она объясняет проникновение в вакуоль как основных, так и кислых и нейтральных веществ, а также их избирательное накопление. Доказательством справедливости такой модели могло бы быть выделение из тонопласта конформационно и конфигурационноспецифических переносчиков.

C помощью специфических блокаторов показано, что транспорт алкалоидов через тонопласт осуществляется не только с помощью пассивного, но и активного механизмов [Бузук, Ловкова, 1986]. При добавлении Mg+2 и АТФ транспорт алкалоидов через тонопласт изолированных вакуолей активировался почти в 30 раз, но он блокировался ингибитором Н+-АТФазы ДКЦД (дициклогексил-карбодиимидом) [Mende, Wink, 1987].

Скорость поглощения алкалоидов вакуолями довольно высока и составляет 0,03 мг алкалоида на I мг вакуолярного белка [Deus-Neumann, Zenk, 1986], что может быть обусловлено как активным, так и пассивным механизмом их транспорта через тонопласт.

Среди секретируемых алкалоидов встречаются физиологически активные, а порой и просто токсические вещества. Остается неясным, почему клетки или органеллы устойчивы к их присутствию. Полагают [Roos, Luckner, 1986], что в этом явлении существенная роль принадлежит асимметрической архитектуре мембран, благодаря которой наружная и внутренняя стороны не одинаково чувствительны к специфическим продуктам обмена. Это было продемонстрировано в опытах с вакуолями латекса чистотела Chelidonium, в которых наблюдали связывание изохинолиновых алкалоидов - сангвинарина и хелеритрина. Оба соединения вызывали лизис изолированных вакуолей, если добавленное их количество превышало аккумулирующую способность этих органелл. Вакуолярная мембрана была более устойчивой, если алкалоиды накапливались только в вакуоли, но повреждалась, если те же вещества аккумулировались снаружи от нее. Проникновение через тонопласт других соединений вторичного обмена изучено плохо.





Для суждения о физиологической роли накапливаемых в вакуоли вторичныых соединений существенно, что они накапливаются нерегулярно и только в определенных видах растений, и они могут выделяться из клеток только после их разрушения. Имеет также место и агрегация секреторных везикул [Blackbourn and Battey, 1993].

Хотя большинство вторичных продуктов запасается в нецитоплазматических компартментах живых-клеток, липофильные вещества могут образовывать капли липидов внутри цитоплазмы. В них могут аккумулироваться каротиноиды, смолы и эфирные масла.

В таких каплях могут быть растворены и другие липофильные вещества, например алкалоиды [Roos, Luckner, 1986]. Подобные капли часто есть и в вакуолях.

1.5. ИДИОБЛАСТЫ Секреторная функция свойственна, как уже указывалось, любой растительной клетке.

Однако в растениях имеются и специализированные клетки (идиобласты), в которых секреторная функция становится основной. Клеточные стенки идиобластов, часто лигнифицируются, и такие клетки напоминают склереиды. Идиобласты рассеяны среди других тканей вегетативных и репродуктивных органов растения и могут значительно отличаться по форме, структуре или содержимому от остальных клеток той же самой ткани [Foster, 1956; Эсау, 1969]. В специализированных секреторных клетках накапливаются минеральные соли, эфирные масла, смолы, таннины и другие соединения. По внешнему виду и расположению в тканях идиобласты могут быть пигментированными (содержат фенолы или алкалоиды), склереидными (тонкостенные клетки неправильной формы среди каменных клеток плодов груши Pyrus spp, например), кристалл-содержащими (в стрекательных волосках крапивы Urtica dioica или среди клеток родов Philodendron и Dieffenbachia) [Witztum, 1974.]. Идиобласты можно условно разделить и по преобладающему содержанию в них минеральных солей (в основном, соли кальция и кремния, хотя одновременно отмечено присутствие и других веществ, как будет описано далее) или преимущественно органических соединений.

Кристаллические идиобласты. Отложения минеральных солей состоят главным образом из оксалата кальция, карбоната калия и окислов кремния. Наиболее распространены отложения оксалата кальция, который встречается в растениях из многих семейств, и круг растений, в которых такие кристаллы обнаружены, все расширяется [Franceschi and Horner, 1980; Krisai and Mrazek, 1986; Franceschi and Nakata, 2005]. Характерные кальцийсодержащие идиобласты часто встречаются в листьях Citrus sinensis [Scott et al., 1948;

Storey and. Leigh 2004], Amorphophallus (Агасеае)[ Prychid et al., 2008], Agave атeriсапа [Espelie et al., 1982], Beta vulgaris var. cicla [Simpson et al., 2009], Dieffenbachia seguine (Araceae)[ Cote, 2009], в черешках Colocasia esculenta [Masanobu et al. 2003], Impatiens scabrida и I. balfourii [Elias and Gelband, 1977].

Кристаллы кальция могут быть одиночными (ромбоэдры или октаэдры) или иметь сложную структуру, образуя сростки (друзы - звездчатые образования, сфериты, рафиты и др.). В ряде случаев включения оксалата кальция могут быть в форме мелких пирамидальных кристаллов “кристаллического песка” [Соdy et аl., 1985]. Форма кристаллов, но мнению ряда исследователей [Соdy et аl., 1985], отражает свойства среды, в которой растет кристалл, т.е. клеточной вакуоли, поэтому кристаллы являются индикаторами внутриклеточных микроусловий. Полагают также, что форма кристалла является таксономическим признаком [Эсау, 1969].

Клетки, накапливающие оксалат кальция, уже на ранних этапах своего развития отличаются по ультраструктуре от смежных паренхимных клеток богатством цитоплазмы и высоким содержанием клеточных органелл. Кристаллы образуются в особых, окруженных мембраной камерах, которые находятся в вакуолях [Schtz et al., 1970 a,b].

Транспорт оксалата через тонопласт и мембрану камеры осуществляется, по-видимому, с помощью пузырьков, происходящих из элементов эдоплазматического ретикулюма и диктиосом. Экспериментально это было показано для ослинника Oenothera. Возможен и активный транспорт ионов Са2+ при участии ионных насосов, локализованных в мембранах [Васильев, 1977]. После завершения формирования кристаллов вокруг кристаллоносной вакуоли откладывается полисахаридная оболочка, которая может лигнифицироваться или суберинезироваться, причем эта оболочка связывается со стенкой клетки короткой ножкой.

При суберинизации идиобласт отмирает и представляет собой уже мертвую структуру. В остальных случаях протопласт остается живым, хотя количество цитоплазмы и органелл резко сокращается. Предполагается, что в фотосинтезирующих организмах для синтеза оксалата кальция используется гликолиевая кислота, которая образуется в процессе фотосинтеза [Frank, Jensen, 1970; Frank, 1972].

У разных растений кристаллы оксалата кальция могут различаться по локализации и времени образования. Например, у фасоли Phaseolus vulgaris кальций откладывается в адаксиальной части обкладки сосудистых пучков, а у канавалии мечевидной Canavalia ensiformis - в эпидермисе [Zindler-Frank et al., 1988]. Кристаллоносные клетки у фасоли морфологически не отличаются от других клеток обкладки, а у канавалии представлены высоко-специализированными идиобластами.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.