Фитохромы А и В : Флуоресцентная спектроскопия и фотохимия в растениях дикого типа, их фитохромных мутантах и гиперэкспрессиях

• Автор: Огородникова, Ульяна Борисовна
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Фитохромы структура и функции

1. Молекулярное строение фитохрома

1.1. Хромофор

1.2. Апопротеин

1.2.1. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура апопротеин а

1.2.2. Эволюционное происхождение и разнообразие фитохромкодирующих генов

1.2.3. Структура фитохромн ых генов

1.2.4. Транскрипция фитохромн ых генов

1.2.5. Дифференциальная экспрессия фитохромных генов 1.3. Хромофорбелковое взаимодействие

1.3.1. Связывайие хромофора

1.3.2. Обретение хромофором новых свойств в связи с его упаковкой в карман
2. Световые и темповые процессы с участием фитохрома
2.1. Красная форма Рг
2.1.1. Поглощение света и генерация возбужденных состояний
2.1.2. Фотоцикл полуцикл РгРг
2.1.3. Фотореакция Рг1итК
2.1.4. Синтез и ресинтез
2.2. Дальняя красная форма Рг
2.2.1. Структурные и спектральные отличия Рг от Рг формы
2.2.2. Фотоцикл полуцикл Рг Рг
2.2.3. Темновая реверсия
2.2.4. Деструкция
3. Структурные и спектральные отличия фитохромов А и В
4. Трансдукция сигнала
4.1. Мембранная гипотеза
4.2. Ядерная гипотеза
5. Регуляция морфогенеза растений фитохромами А и В
5.1. Гетерогенность фитохрома в клетке
5.2. Классификация фитохромных ответов по интенсивности и качеству действующего света
5.3. Прорастание семян
5.4. Деэтиоляция
5.5. Вегетативный рост
5.6. Цветение
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Объекты исследований
2. Выращивание растений разных видов и приготовление образцов
3. Установка для измерения спектров флуоресценции
4. Процедура измерений флуоресценции, фотохимических превращений и деструкции фитохрома
5. Расчет спектральных и фотохимических параметров фитохрома ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ
1. Природа спектра красной флуоресценции этиолированных проростков
2. Спектральные и фотохимические свойства фитохромов
2.1. Фитохромы в диком типе
2.1.1. Спектры излучения флуоресценции и общее содержание
2.1.2. Фотохимические характеристики
2.2. Фитохром А
2.2.1. Спектральные свойства и содержание
2.2.2. Фотохимические свойства
2.3. Фитохром В
2.3.1. Спектральные свойства
2.3.2. Фотохимические свойства
3. Нефотохимические превращения фитохрома i viv
3.1. Фотоиндуцированная темновая деструкция валового фитохрома
3.2. Деструкция фитохрома у растений с измененным содержанием фитохрома В
ГЛАВА IV. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
1. Сопоставление спектральной и генетической гетерогенности фитохрома
2. Соотнесение спектральной гетерогенности фитохрома и его светостабильности
3. Спектральная гетерогенность фитохрома А
4. Фотохимические и спектральные свойства фитохрома В
5. Предполагаемая физиологическая роль фитохромов А и В в связи с их фотохимическими и биохимическими свойствами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 2 ВЫВОДЫ 5 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 7 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ


Структура хромофора фитохрома. Из i, . Уже при вегетативном росте проявление мутаций менее драматично мутанты отличаются от дикого типа усиленным апикальным доминированием и задержкой в развитии листьев. Сниженное количество фитохрома сказывается на сроках цветения, хотя мутанты цветут и плодоносят . Большинство мутантов светло или желтозеленые, у них снижено содержания хлорофилла и хлоропластов и редуцирована гранальная система i . Повидимому, это связано с фитохромной регуляцией зеленения, нарушенной в гой или иной степени у мутантов низкой экспрессией таких фитохромзависимых генов как , и . С другой стороны, тут проявляется и побочный эффект, связанный с избыточным накоплением гема, что вызывает ингибирование синтеза аминолевуленовой кислоты , . Рис. Биосинтез тстрапирролов у высших растений. Хромофордефицитные мутанты выделены у нескольких видов растений ii и 2 i, , i и 2 i, , i и 2 . I и 2 i , . Исследования природы мутации показали, что у , 2, 1, отсутствует фермент гемоксигеназа, а мутанты , , 2, дефицитны по РФВ синтазе рис. Поскольку у высших растений найдено целое семейство неаллельных фитохромкодирующих генов например, у ii пять генов i, , то цслссоообразно обсудить как их общий план строения, так и наблюдаемые отличия. Продуктами генов у ii являются полипептиды с молекулярной массой около 0 аминокислотных остатков и , . У других растений , как правило, короче, чем например, 7 и 1 для i , . Среди аминокислотных остатков преобладают гидрофильные, что указывает на водорастворимую природу апопротеина, хотя формирование амфифильной аспирали на конце и высоко амфифильного района на Сконце не исключают возможности взаимодействия фитохрома с мембраной , . Вся аминокислотная последовательность организуется в два структурных домена МН2терминальный аминокислотные остатки с 1 по 3 и СООНтерминальный, которые соединены сегментом, чувствительным к протеолизу i, рис. V А6ГУ СТСГЧ НШТЛД С4 4i. МС. Димеризация руА. I . Регуляторная активность . Рис. Молекулярная карта фитохрома. Наверху условная молекула фитохрома с указанием положения аминокислотных остатков. Позиции 1 и и выступы и соответствуют и Стерминальным концам v фнтохромов В и ii. Показано положение аминокислот, замещение которых вызывает потерю регуляторной активности. Черный квадрат обозначает высокую плотность таких мутаций. Внизу размеры и положения делеций, при которых фитохром теряет различные свойства, указанные слева С изменениями из i, . Для всех фитохромов сайт связывания хромофора 1 экзон, он консервативен у всех , . Связывание идет по 4 , автокаталитически i i, i i, . Делении по всей длине МН2терминального домена приводят к разным изменениям в спектрах поглощения фитохрома, но при этом весь домен необходим для сохранения спектральных свойств и фотохромии . СООНгерминальный домен обеспечивает димеризацию фитохрома. Об этом свидетельствует тот такт, что отдельные концевые фрагменты молекул фитохрома А и В у ii ведут себя как глобулярные мономеры, тогда как Сконцы ассоциируют с образованием гомодимеров. При делении по аминокислотным остаткам 1 способность к образованию димеров утрачивается . З и 4. Высокоочищснный фитохром из v был исследован под сканирующим электронным микроскопом , . При этом наблюдается характерная трехчастная структура, напоминающая по форме У. Каждая из трех частей структуры представляет собой глобулярный домен размером ок. Каждый домен удален от соседнего на расстояние ок. При предварительной обработке фитохрома трипсином специфически разделяющим и Сконцы мономера фитохрома У структура исчезает, видны только отдельные глобулярные домены. Авторы предполагают, что два из трех доменов это два удаленных друг от друга терминальных конца димера фитохрома, третий домен ассоциированные два Стерминальных конца, не разделяющиеся при обработке трипсином. Поскольку все фитохромы демонстрируют примерно одинаковое распределение гидрофобных и гидрофильных аминокислот, то предполагается сходная трехчастная организация димера для всех типов фитохрома i, i, рис.