Регуляторные свойства и физиологическая роль изоформ гликолатоксидазы в листьях кукурузы

• Автор: Дмитриева, Елена Александровна
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ГЛИКОЛАТОКСИДАЗЛ И ЕЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ В РАСТЕНИЯХ С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ МЕТАБОЛИЗМА

1.1. Фотодыхание у С3 и С4 растений

1.1.1. Гликолатный путь у Сз растений

1.1.2.Типы фотосинтетического метаболизма

1.1.2.1. Фотосинтез у Сз растений

1.1.2.2. Фотосинтез у С4 растений

1.1.2.3. САМ метаболизм

1.1.3. Гликолатный путь у С4 растений

1.2. Связь между ВПФП и фотодыханием

1.3. Гликолатоксидаза
1.3.1. Реакция и ее механизм
1.3.2. Распространение гликолатоксидазы
1.3.3. Очистка гликолатоксидазы
1.3.4. Свойства гликолатоксидазы
1.3.5. Кодирование гликолатоксидазы в геноме различных растений и животных
1.4. Адаптация растений к воздействию стрессовых факторов
1.4.1. Общие представления о стрессе
1.4.2. Влияние освещения на метаболизм растительной клетки
1.4.2.1. Влияние света на темновое дыхание
1.4.2.2. Влияние света на фотодыханис
1.4.3. Ответная реакция растений на солевой стресс
1.4.4. Влияние гипотермии на метаболизм растений
1.4.5. Роль ферментов в адаптации растительного метаболизма к неблагоприятным факторам среды
1.5. Значение гликолатного пути в метаболизме
1.5.1. Фотодыхание как энергетический процесс
1.5.2. Роль фотодыхательных интермедиатов в метаболизме растений
1.5.3 Функции пероксисомальиого метаболизма
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.2. Методы исследования
2.2.1. Метод выделения ферментов из растительных объектов
2.2.2. Метод разделения клеток обкладки и мезофилла кукурузы
2.2.3. Метод определения перекрестного загрязнения тканей
2.2.4. Методы определения активности ферментов
2.2.4.1.Метод определения активности гликолатоксидазы
2.2.4.2.Метод определения активности аконитатгидратазы
2.2.4.3.Метод определения активности фумаратгидратазы
2.2.4.4.Мстод определения активности ФЕП карбоксилазы
2.2.4.5.Метод определения акгивности НАДФ МДГ
2.2.5. Методы очистки изучаемого фермента
2.2.5.1. Методика очистки ГО из целых листьев
2.2.5.2. Методика очистки ГО из клеток обкладки и мезофилла кукурузы
2.2.6. Исследование кинетических характеристик и регуляции ферментов
2.2.7. Метод определения количества белка
2.2.8. Метод определения содержания хлорофилла
2.2.9.Методы создания физиологических стрессов
2.2.9.1. Метод создания условий с повышенной освещенностью
2.2.9.2. Метод создания солевого стресса
2.2.9.3. Метод создания гипотермии
2.3. Статистическая обработка данных ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ И ТКАНЕВАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ ГЛИКОЛАТОКСИДАЗЫ У С4 РАСТЕНИЯ КУКУРУЗЫ
3.1. Распространение ГО в растениях с различным типом метаболизма
3.2. Распределение активности ГО между тканями листа С4 растения кукурузы
3.3. Определение перекрестного загрязнения между изучаемыми тканями ЗАОчистка ГО из Сз и С4 растении
3.4.1. Очистка ГО из Сз растения пшеницы
3.4.2. Очистка ГО из целых листьев С4 растения кукурузы
3.4.3. Очистка ГО из мезофилла и клеток обкладки проводящих пучков кукурузы
3.5. Изучение каталитических свойств ГО из листьев пшеницы и клеток обкладки и мезофилла кукурузы
3.6. Изучение влияния некоторых метаболитов на активность ГО в растениях
3.6.1. Изучение влияния изоцитрата и сукцината на активность ГО из Сз
и С4 растений
3.6.2. Изучение влияния глицина и серина на активность ГО из С3 и С4
растений
ГЛАВА 4. РОЛЬ ГЛИКОЛАТОКСИДАЗЫ В АДАПТАЦИИ РАСТЕНИЙ 0 С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ МЕТАБОЛИЗМА К ИЗМЕНЕНИЯМ УСЛОВИЙ СРЕДЫ
4.1. Изучение влияния интенсивности освещения на метаболизм 0 растений
4.1.1. Изучение влияния интенсивности освещения на темновос дыхание 0 растений
4.1.2. Влияние интенсивного освещения на гликолатный путь в 8 растениях с различным типом метаболизма
4.1.3. Изучение влияния интенсивного освещения на этиолированные 4 проростки кукурузы и пшеницы
4.2. Изучение влияния засоления на активность ГО в Сз и С4
растениях
4.2.1. Изучение влияния кратковременного засоления на активность ГО в 7 Сз и С4 растениях
4.2.2. Изучение влияния длительного засоления на активность ГО в Сз 2 и С4 растениях
4.3. Изучение действия положительных пониженных температур на
активность ГО в Сз и С4 растениях
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВА 1НЫХ ИСТОЧНИКОВ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АГ ако итатг идратаза
АФК активные формы кислорода
АТФ адснозинтрифосфат
АК аминокислота
ВПФП восстановительный пеитозофосфатный путь
ГО гликолатоксидаза
ГлДГ гликолатдегидрогеназа
ГлР гл и ко л атре ду ктаз а
гдг глутам атдс гидроге I шз ы
ГС глутаминсинтетаза
ГПР гидроксинируватрсдуктаза
ГОГ 4гидрокси2 оксоглтарата
ДНК дезоксирибонуклеиновая кислота
ДТТ дитиотрейтол
идг изоцитратдегидрогсиаза
ицл изоцитратлиаза
НАДФ никотинамиддинуклеотидфосфат окисленный
НАДФН2 никотинамиддинуклеотидфосфат восстановленный
лдг лактатдегидрогеназа
мдг малатдегидрогеназа
ОАА оксалоацстат
ОПФЦ окислительный пеитозофосфатный цикл
РНК рибонуклеиновая кислота
РуБФ рибулезобисфосфат
РуБИСКО рибулезобисфосфаткарбоксилазаоксигеназа
ФАД флавинадениндинуклеотид
ФЕП фосфоенолпируват
ФЕП КК фосфоенолпируват карбоксикиназа
ФГК фосфоглицерат
ФМН флавинмононуклеотид
ФГ фумаратгидратаза
цтк цикл трикарбоновых кислот
ЩУК щавелсвоуксусная кислота
ЭДТЛ зтилендиамиггетраацстат
ЭТЦ элсктронтранспортпая цепь
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Показано, что мезофилльная форма ГО менее устойчива к стрессорам различной природы, что указывает на возможную протекторную роль мезофилльных клеток кукурузы в защите фотосинтстичсского метаболизма С4 растений от повреждающего действия факторов внешней среды. Практическая значимость. С. . Iiv . А., , а также участвует в поддержании энергетического статуса хлоропластов при лимитированном поступлении СО2 и высокой интенсивности освещения . При изучение регуляции гликолатного пути нами получены данные о модуляции активности гликолатоксидазы, которые представляют интерес в понимании механизмов объединения энергетического и конструктивного обмена в единую целостную регулируемую систему, определяющую в конечном счете продуктивность растений. Представленные данные важны для получения новых сортов растений, обладающих повышенной экспрессией гликолатоксидазы как одного из механизмов устойчивости к изменениям факторов среды. Модифицирован метод эффективного разделения клеток обкладки и мезофилла на примере С4 растения кукурузы, у которого эти ткани несут различную функциональную нагрузку. Это позволит в дальнейшем изучить особенности локализации изоформ ферментов цикла Кальвина и гликолатного пути у различных представителей растений с С4 типом метаболизма. Получены высокочищенные белковые препараты изоформ ГО из клеток обкладки и мезофилла, которые различаются по каталитическим свойствам, а также регуляцией дыхательными интермедиатами. Полученные предложенным путем препараты могут применяться для аналитического определения гликолата в биологических образцах. Материалы работы используются в учебном процессе на биологопочвенном факультете Воронежского госуниверситета. Физиологии растений, спецкурсы Дыхание растений и Фотосинтез. Апробация работы. Материалы работы были представлены и обсуждались на 7ой международной конференции по химии и физикохимии олигомеров Олигомеры VII Пермь, , III съезде фотобиологов Воронеж, , 6 ой и 9ой Путинской школе конференции молодых ученых Биология наука го века Пущино, , гг. V Съезде Общества физиологов растений России Пенза, , научных сессиях Воронежского государственного университета , , . Публикации. Результаты работы изложены в публикациях 7 статьях и 5 тезисах. Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 2 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературных данных, результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка использованной литературы. В работе использовано 2 литературных источника, из них отечественный и 1 иностранный. Иллюстрационный материал включает рисунков, 8 таблиц. ГЛАВА 1. Гликолатньш называется метаболический путь, превращающий гликолат в триозофосфат. Гликолатньш путь включает в себя реакции, протекающие в хлоропластах, пероксисомах и митохондриях, которые в конечном итоге ведут к превращению двух молекул гликолата в ФГК, предшественник синтеза сахарозы у высших растений, т. Жеребцов II. А., . При синтезе гликолата и в процессе его дальнейшего метаболизма т. РуБФоксигсназы и ГО расходуется Ог В результате превращения двух молекул глицина в серии образуется СО2 рис. I. Утрата С и потребление на свету в процессе матаболизма гликолата называется фотодыханисм , . У Сзрастений фотодыханис можно обнаружить самыми различными способами по быстрому постсветовому выбросу С, по высокому и подвижному углскислотнму компенсаторному пункту . Н., , по эффекту Варбурга Глаголева Т. А., . Точно измерить абсолютную интенсивность фотодыхаиия очень трудно, т. Место разветвления процессов фотодыхания и фотосинтеза находится на уровне РуБФкарбоксилазыоксигеназы. Кислород, взаимодействуя с РуБФ, обеспечивает синтез гликолата и фотодыханис, а С, вступая в реакцию с РуБФ, обеспечивает фотосинтез. Если отношение С становится достаточно высоким, растение начинает на свету поглощать и фотосинтезировать с одинаковой скоростью. И наоборот, когда отношение С невелико, активность фотодыхания сравнительно мала. С ведут себя как субстраты, конкурирующие друг с другом за взаимодействие с РуБФкарбоксилазойоксигсназой т. С оксигеназу.