Ионный обмен и диффузия в клеточных стенках растений

• Автор: Мейчик, Наталия Робертовна
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 251 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Ионообменные свойства клеточной стенки

1.1.1 Количественная оценка катионообменной способности

КОС корней растений

1.1.2 Ионообменная способность изолированных клеточных стенок

1.1.2.1 Равновесный подход к исследованию изолированной клеточной стенки

1.1.2.2 Измерение электрического потенциала клеточной стенки

1.1.3 Кажущееся свободное пространство

1.1.4 Взаимное влияние катионов и анионов в процессе

поглощения ионов
1.1.5 Корневой апопласт поглощение питательных веществ и
ближний транспорт ионов
1.2 Состав растительной клеточной стенки
1.2.1 Полисахариды
1.2.1.1 Целлюлоза 3
1.2.1.2 Связующие гликаны гехмицеллюлозы
1.2.1.2.1 Ксилоглюканы
1.2.1.2.2 Глюкуроноарабиноксиланы
2.1.2.3 Глюканы со смешанной связью
1.2.1.3 Пектиновые вещества
1.2.1.3.1 Г омогалактоуронаны
1.2.1.3.2 Рамногалактоуронан1
1.2.1.3.3 Замещенные галактуронаны
1.2.1.3.4 Макромолекулярная организация пектинов в клеточной стенке
1.2.2 Белки
1.2.2.1 Экстенсины
1.2.2.1.1 Межмолекулярные взаимодействия и
функции экстенсинов
1.2.2.2 Арабиногалактановые белки
1.2.2.3 Пролинобогащенные белки
1.2.2.4 Глицинобогащенные белки
1.2.3 Фенольные соединения
1.2.3.1 Низкомолекулярные фенольные соединения
1.2.3.2 Лигнин
1.2.3.3 Суберин
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1 Подготовка растительного материала к эксперименту
2.2 Выделение полимерного матрикса клеточных стенок
2.3 Микроскопическое исследование клеточных стенок
2.4 Определение качественного и количественного состава ионообменных групп полимерного матрикса клеточных стенок
2.4.1 Метод потенциометрического титрования
2.4.2 Определение содержания аминогрупп в полимерном матриксе клеточных стенок методом неводного титрования в уксусной кислоте
2.5 Определение ионообменной способности клеточных стенок при разной концентрации хлористого натрия в растворе
2.6 Определение фосфора в тканях и изолированных клеточных стенках
2.7 Определение содержания воды в интактных тканях растений и весового коэффициента набухания полимерного матрикса клеточных стенок в воде и растворах
2.8 Элементный анализ
2.8.1 Определение хлоридиона
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКЕ ИОНООБМЕННЫХ СВОЙСТВ КЛЕТОЧНЫХ СТЕНОК
3.1 Ионогенные группы клеточной стенки корней растений
3.2 Влияние состава раствора на ионообменные свойства клеточных 4 стенок
3.3 Набухание полимерного матрикса клеточных стенок
3.4 Расчеты некоторых параметров ионного обмена с использованием 7 разработанного подхода
ГЛАВА 4. ИОНООБМЕННЫЕ СВОЙСТВА И НАБУХАНИЕ 0 ПОЛИМЕРНОГО МАТРИКСА КЛЕТОЧНЫХ СТЕНОК ИЗ РАЗНЫХ ЧАСТЕЙ КОРНЕЙ ЛЮПИНА
4.1 Ионообменные свойства
4.2 Набухание разных тканей корней люпина и изолированного из них 9 полимерного матрикса клеточных стенок
ГЛАВА 5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА СОСТАВА 0 СТРУКТУРНЫХ ПОЛИМЕРОВ В КЛЕТОЧНЫХ СТЕНКАХ РАСТЕНИЙ
ГЛАВА 6. ИОНООБМЕННАЯ СПОСОБНОСТЬ КЛЕТОЧНЫХ 7 СТЕНОК В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ЗАСОЛЕНИЯ
6.1 Ионообменные свойства клеточных стенок гликофитов из
семейства РаЬасеае
6.2 Ионообменные свойства полимерного матрикса клеточных стенок 0 галофита и гликофита из семейства СЬепоросйасеае
ГЛАВА 7. ДИФФУЗИЯ КАТИОНА В КЛЕТОЧНЫХ СТЕНКАХ
7.1 Диффузия в клеточных стенках
7.2 Диффузия в корне
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Первый равновесный подход заключался в уравновешивании изолированных клеточных стенок с растворами различной концентрации катионов и разного ионного состава, определении равновесной концентрации катиона в растворе или препаратах стенки и последующими расчетами параметров ионного обмена общей концентрации фиксированных зарядов, констант ионизации, констант селективности, коэффициентов распределения . Другой подход состоял в определении электрического потенциала на поверхности клеточных стенок с помощью микроэлектродов и последующими расчетами концентрации ионогенных групп в полимерном матриксе клеточных стенок i ii, . Каждый подход имеет свои преимущества и недостатки. Используя равновесный подход, исследователи определяют точную концентрацию фиксированных зарядов в препаратах клеточной стенки, но с определенной долей осторожности экстраполируют полученные результаты на интактную систему. Измерения электрического потенциала клеточной стенки проводят на интактных системах, но положение микроэлектродов строго не определено, и, кроме того, получаемые значения общей концентрации фиксированных зарядов , в полимерном матриксе в некоторых случаях значительно ниже, чем в случае равновесного подхода. Поскольку в последнем случае значения могут быть только занижены частичная деструкция клеточной стенки при выделении, расхождения в результатах могут быть обусловлены неточностями в выборе моделей для расчета , а также допущениями, которые неизбежно принимают исследователи для достижения цели. Однако следует отметить, что выводы о селективности клеточной стенки к катионам разной валентности идентичны и в том, и в другом методе. Так, например, было
показано, что эффективность ионного обмена уменьшается в ряду
как для клеточных стенок, изолированных из листьев i , равновесный подход, так и корней ii iv . Следует также подчеркнуть, что результаты указанных авторов полностью согласуются с данными, полученными для синтетических карбоксилсодержащих ионообменных материалов Либинсон, . Гельферих, . Во всех цитируемых ниже работах выделение клеточной стенки из разных частей растений проводили путем последовательной обработки тканей 0, раствором тритона Х0, метанолом и затем дистиллированной водой. В некоторых случаях предварительно проводили плазмолиз в 0,4 М манитоле с добавлением мМ ТрисНС1 7, а затем ткани разрушали дроблением в 0,4М сахарозе, мМ , мМ Трис. Полученную суспензию центрифугировали, гомогенизировали в 0 мМ КС1, мМ , 5 мМ Трис и промывали растворами и дистиллированной водой. Для клеточной стенки, изолированной из ii, было установлено, что ее общая катионообменная способность определяется присутствием в полимерном матриксе двух типов групп, одна из которых характеризуется значением рК от 2 до 4, а другая 5. Химический анализ клеточной стенки . К относятся к уроновым кислотам и их содержание достигает мэкв на 1 г сухой массы клеточных стенок, а группы с высоким значением рК в количестве 5 мэкв на 1 г сухой массы клеточных стенок могут принадлежать аминокислотам и фенольным кислотам полимерного матрикса. Методом потенциомерического титрования определено, что клеточная стенка . Доннановского свободного пространства 1, млг, водного свободного пространства 2, и 1, млг в присутствии калия и кальция соответственно и концентрацию фиксированных анионов в нем 1,1 М. Используя потенциометрическое титрование в присутствии катионов разной валентности и модель ионной конденсации Маннинга в сочетании с моделью Доннана, Ричер и Денти оценили селективность катионного связывания в клеточной стенке . Кроме того, было установлено, что коэффициент селективности для Са2в два раза выше, чем для 2, в то время как для одновалентных катионов значения этого параметра были приблизительно равные. Катионообменные свойства клеточных стенок, выделенных из листьев капусты, были исследованы в связи с селективностью стенки по отношению к протонам и катионам калия, кальция и магния . Для расчетов авторы использовали закон действующих масс, который позволил им определить коэффициенты селективности одного иона по отношению к другому. Было показано, что в клеточной стенке состав катионов зависит от их концентрации в среде, а селективность к катионам увеличивается с возрастанием их доли во внешнем растворе. Установлено, что при рН6,5 ионообменная способность изолированной клеточной стенки В.