Механизмы и регуляция транспорта ионов через вакуолярную и перибактероидную мембраны растительных клеток

• Автор: Андреев, Игорь Михайлович
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Вакуолярная и перибактероидная мембраны ограничивают в растительных клетках компартменты, которые сходны друг с другом по некоторым характеристикам биогенеза и функциональной активности, что, возможно, отражается и в ионтранспортнрующнх свойствах этих мембран
1. Функции вакуоли, транспорт ионов через тонопласт и его регуляция в клетках высших растений.

1.1 Транспорт К и Са2г через тонопласт.

1.2 Регуляторные аспекты транспорта ионов через тонопласт.

1.2.1 Участие кальмодулина в регуляции транспорта ионов через мембраны растительных клеток
1.2.2 Потенциальная роль адениновых нуклеотидов в регуляции транспорта ионов через тонопласт.
1.2.3 Модуляция транспорта ионов через тонопласт при осморегуляции растительных клеток

2. Транспорт ионов через ПБМ симбиосом корневых клубеньков бобовых.

3. Общие характеристики становления эндосимбиоза, связанного с формированием в эукариотических клеткаххозяина вакуолеподобного компартмента при инфицировании их микроорганизмами
4. Общие характеристики биогенеза вакуолярной и симбиосомальной мембран
5. Роль Са2 в процессах бобоворизобиального эндосимбиоза, связанных с инфицированием клеток корневых волосков ризобиями, формированием, созреванием и функционированием симбиосом
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
,
Глава II. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Выделение вакуолей и получение из них везикул тонопласта.
Выделение симбиосом и получение из них везикул ПБМ.
Определение АТФгидролазной активности препаратов вакуолярных и симбиосомальных мембран
Регистрация мембранного потенциала на мембране выделенных вакуолей, симбиосом и полученных из них везикул тонопласта и ПБМ
Регистрация трансмембранного градиента на мембране выделенных органелл и полученных из них везикулярных мембранах тонопласте и ПБМ
Цитохимическая визуализация кальция в симбиосомах i viv и i vi и выявление в них Садепо
Регистрация поглощения кальция симбиосомами и везикулами ПБМ, изолированными из корневых клубеньков бобовых
Регистрация осмотическииндуцированных изменений объема симбиосом Глава III.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
1. Функциональная идентификация, характеристика и некоторые факторы контроля активности ионтранспортирующих систем в вакуолярной .мембране растений.
1.1 Барьерные свойства тонопласта выделенных вакуолей для ряда основных физиологически важных ионов и функциональная идентификация в этой мембране АТФ и пирофосфатзависимого протонных насосов
1.2 СапНтантипортер на тонопласте и его регуляция кальмодулином
1.3 Функциональная идентификация в тонопласте анионтранспортирующей системы как сенсора, определяющего чувствительность МАТФзависимой генерации трансмембранного градиента к осмотическому сжатию вакуолярной мембраны
1.4 Выявление в тонопласте анионтранспортирующей системы, аллостерически активируемой адениновыми нуклеотидами.
2. Идентификация и характеристика ионтранспортирующих систем в перибактероидной мембране симбиосом азотфиксирующих компартментов в инфицированных клетках корневых клубеньков бобовых
2.1 Функциональная идентификация электрогенной НАТФазы Ртипа в пери
бактероидной мембране симбиосом и ингибирование ее активности ионами Са2г
2.2 Поведение симбиосом как Сазапасающих компартментов в инфицированных клетках корневых клубеньков бобовых
2.3 Механизмы транспорта Са2 через ПБМ.
2.4 Пассивный транспорт Ю через ПБМ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
БЛАГОДАРНОСТИ.
ВВЕДЕНИЕ


Многие гены, годирующие такого типа антипортеры, клонированы к настоящему времени из солечувствительных растений, что свидетельствует об участии их в ионном гомеостазе цитозоля и в отсутствие солевого стресса . Согласно недавно полученным данным ЫаК. ЬГ и Ю в цитозоле, а также в некоторых других внутриклеточных компартментах . К настоящему времени на тонопласте растительных клеток установлено наличие нескольких транспортных систем, катализирующих как активный, так и пассивный перенос Са2 через эту мембрану. Первая группа таких транспортеров представлены Са2тАТФазами и СаЬГ антипортерами, транслоцирующими ионы Са2 через тонопласт на основе соответственно прямого использования энергии гидролиза АТФ и энергизации того же процесса трансмембранным градиентом, создаваемым протонными насосами тонопласта ЬГАТФазой или ЬГпирофосфатазой. Вторая группа Са2транспортеров включает в себя Саканалы различного типа, катализирующих, как правило, выход Са2т из вакуоли в цитозоль и участвующих в генерации 2сигналов, то есть транзиторном увеличении уровня этого катиона в цитозоле. Предполагается, что Са2АТФазы тонопласта, обладающие высоким сродством к ионам Са2 Км 0, мкМ v ii, , ответственны за поддержание кальциевого гомеостаза, а именно Са2тс в покоящихся клетках, то есть не испытывающих действие какихлибо стимулов, тогда как СаРГ антипортеры, имеющие относительно низкое сродство к ионам Са2т Км мкМ, удаляют Са2 из цитозоля в процессе генерации Са2гсигнала тем самым модулируя 2ii i , . Са2гзависимой протеинкиназой v ii, i . Их каталитическая активность соответственно стимулируется при связывании кальмодулина и ингибируется в результате фосфорилирования белка. Присутствующие на тонопласте Са1Г антипортеры к настоящему времени также в определенной степени биохимически охарактеризованы v ii, . Показано, что перенос ими Са2 через тонопласт чувствителен к мембранному потенциалу, что может объясняться действием СаРГ антипортера со стехиометрией ЗН7Са2 . К настоящему времени в геноме ii i идентифицировано генов, кодирующих ряд изоформ Са2тРГ антипортера, различающихся своей афинностью по отношению к ионам Са2, причем некоторые из них способны переносить через тонопласт и ионы тяжелых металлов ii . Интересно, что по аналогии с Са2АТФазами Са2ТН антипортеры также обнаруживают эффект автоингибирования, который является изоформспецифическим, за счет присутствия в их молекулах терминального автоингибиторного домена . Однако действие i viv этого механизма регуляции рассматриваемого переносчика пока остается неясным. Тонопласт, как и все другие мембраны растительных клеток, содержит Са2проницаемые каналы, обладающие как низкой, так и высокой избирательностью к ионам Сат i, , . К, , включают в себя три типа таких каналов, различаЮЩИХ9Я зависимостью вероятности их открывания от величины мембранного потенциала. Их открывание может не зависеть от поляризации тонопласта или происходить при гипер или деполяризации этой мембраны. Са каналы последнего типа представлены так называемыми медленно активируемыми каналами, которыегкатапизируя незначительный выход Са2 в цитозоль при физиологических условиях, промотируются многими эффекторами, в том числе кальмодулином, ионами , защелачиванием цитозоля или закислением внутривакуолярной среды, увеличением уровня Са2 в цитозоле или уменьшением его концентрации внутри вакуоли, а также и некоторыми другими факторами . К настоящему времени в тонопласте растительных клеток установлено наличие по меньшей мере двух типов фармакологически различных Са2каналов, активируемых гиперполяризацией этой мембраны , i, . Один тип таких каналов ингибируется относительно высокими уровнями Са2 в цитозоле Са2с выше 1 мкМ, тогда как другой их тип не чувствителен к Са2си претерпевает активацию при увеличении вакуолярной концентрации кальция иили защелачивании внутривакуолярной среды. Са2каналы тонопласта, обнаруживающие высокую избирательность к ионам Са2, активируются, как выяснилось, рядом вторичных мессенджеров, генерируемых в цитозоле, такими как инозитол1,4,5трисфосфат, инозитолгексафосфат, циклическая АДФрибоза , i, .