Имеется ряд обзорных работ [Gilroy et al., 1993; Poovaiah, Reddy, 1993; Bush, 1995; Trewavas, Malho, 1997; Ткачук, 1998; Sanders et al., 1999; Trewavas, 1999; Bowler, Fluhr, 2000; White,

---

2000; Reddy, 2001], посвященных сигнальной функции ионов кальция, в которых анализируются особенности функционирования структур, обеспечивающих как повы­шение концентрации ионов кальция в цитозоле (кальцие­вые каналы), так и снижение - до исходного уровня с помо­щью связывания избытка ионов кальция белками, разруше­ния (дефосфорилирования) ИФ₃ и вследствие этого закры­вания кальциевых каналов, а также с помощью ионных помп, перебрасывающих ионы кальция обратно против гра­диента концентрации за счет использования энергии гидро­лиза макроэргических фосфатных связей АТФ (см. рис. 13).

У высших растений охарактеризованы различные Са²⁺-каналы, по которым Са²⁺ транспортируется через плазматические мембраны, тонопласт, мембраны эндоплаз-матической сети, хлоропластов и ядер [White, 2000]. Эти ка­налы подразделяются на несколько групп, в зависимости от их электрических характеристик. Они в разной степени чув­ствительны к верапамилу и La³⁺. В функционирование сиг­нальных путей вовлечены главным образом, кальциевые каналы, активируемые деполяризацией мембран от -140 мВ до менее отрицательных значений, что, по-видимому, при­водит к изменению конформации белков кальциевых кана­лов и их открыванию. Элиситор-активируемые каналы вы­делены в отдельную группу [White, 2000].

ИТФ₃- и цАДФрибоза-управляемые каналы найдены в мембранах ЭПР и вакуолей растений, тогда как в клетках животных ИТФ₃ и цАДФрибоза индуцируют выход Са²⁺ только из ЭПР. Обнаружено, что разные типы стрессоров индуцируют выход Са²⁺ в цитозоль из разных внутрикле­точных компартментов [Reddy, 2001].

Последующее за "кальциевой вспышкой" снижение кон­центрации Са²⁺ в цитозоле является обязательным условием функционирования кальциевой сигнальной системы. Более того, длительное сигналиндуцированное повышение концен­трации ионов кальция может привести к гибели клеток.

Существует несколько механизмов понижения уровня Са²⁺ в цитозоле. Оно может осуществляться за счет связы­вания Са²⁺ кальмодулином и другими белками. Са²⁺-связывающие белки, обнаруженные в растениях, под­разделяются на четыре группы: 1) кальмодулин (КМ); 2) КМ-подобные белки с кальцийсвязывающими доменами;

3) Са²⁺-регулируемые протеинкиназы; 4) белки без специ­фического Са²⁺- связывающего домена.

У животных клеток одна молекула кальсеквестрина, не имеющая такого домена, связывает до 43 ионов кальция за счет их взаимодействия с остатками аспарагиновой и глута-миновой кислот. Каждая молекула другого активного бел­ка - кальретикулина, связывает ионы кальция с помощью специального домена [Крутецкая, Лебедев, 2001].

Привлекают все большее внимание аннексины -Са²⁺-связывающие белки, взаимодействующие с кислыми фосфолипидами в присутствии Са²⁺. Некоторые аннексины способны образовывать ионные каналы в искусственных мембранах [Минкин и др., 1998]. Показано, что аннексины Arabidopsis thaliana участвуют в защите от окислительного стресса [Gidrol et al., 1996].

---

Пожалуй, основной вклад в снижение концентрации ионов кальция в цитоплазме играют закрывание кальциевых каналов в результате гидролиза ИФ₃ специфическими фос-фатазами и активация кальциевых насосов (Са²⁺-АТФаз), которые за счет энергии гидролиза АТФ переносят ионы кальция в обратном направлении против градиента концен­трации, восстанавливая исходные значения градиента Са²⁺ и is связи с этим способность клеток воспринимать новый эли-ситорный сигнал. Са²⁺-АТФазы характеризуются высоким сродством к Са²⁺.

В растениях найдены различные Са²⁺-АТФазы, принад­лежащие в том числе к автоингибирующемуся (АСА) типу (которые регулируются комплексом Са²⁺-кальмодулин). АСА-тип Са²⁺-АТФаз растений локализуются в ЭПР и плазматических мебранах, тогда как в животных клетках этот тип АТФаз локализован исключительно на плазмати­ческих мембранах. Активность АСА-типа Са²⁺-АТФаз ЭПР в Arabidopsis ингибируется Са²⁺-зависимой протеинкиназой | Hwang et al., 2000]. Обнаружены зависимые и независимые от кальмодулина Са²⁺-АТФазы. Установлен элиситоринду-цированный синтез кальмодулин-стимулируемой кальцие­вой АТФазы плазмалеммы [Chung et al., 2000].

Еще один механизм снижения содержания ионов каль­ция в цитозоле - их удаление в процессе работы Са²⁺/Н⁺ ан-типортеров, использующих для этого энергию гидролиза АТФ. Роль кальциевых каналов и кальциевых помп в мем-

---

бранах клеток растений была экспериментально обоснова­на опытами с использованием специфических ингибиторов [Scheel, 1998].

Возникает вопрос, существует ли в растениях еще один механизм удаления Са²⁺ из цитозоля, характерный для кле­ток животных после их возбуждения, с помощью Na⁺/ Са²⁺-обменника, обладающего низким сродством к Са²⁺, но высокой скоростью переноса - около 20 нМ на 1 мг мембранного белка в секунду при 300 °С? Функционирова­ние этого белка-переносчика осуществляется за счет энер­гии трансмембранного градиента Na⁺ и мембранного потен­циала. На клетках водорослей получены данные о противо­положно направленных трансмембранных потоках Са²⁺ и Na⁺, характеристики которых свидетельствуют о сходстве их с функциональными характеристиками Na⁺/Ca²⁺-o6MCH-ника животных клеток [Karimova et al., 2000].

В клетках растений существуют еще два органоида, в которых концентрация ионов кальция может достаточно сильно изменяться, - хлоропласты и митохондрии; однако это в значительной степени автономные образования со своими системами поддержания ионного гомеостаза. До сих пор неясно, в какой степени они участвуют в элиситоринду-цированном изменении концентрации ионов кальция в ци­тозоле. Есть надежда, что этот вопрос будет разрешен с ис­пользованием специально сконструированных для этой це­ли трансгенных растений. Необходимо отметить, что воп­рос о вкладе митохондрий в функционирование кальциевой сигнальной системы у животных клеток решается положи­тельно. Более того, считается, что они принимают актив­ное участие в сигнальных внутриклеточных процессах [Крутецкая, Лебедев, 2001], что они могут освобождать Са в цитозоль с помощью Na⁺/ Са²⁺-обменника внутрен­ней мембраны и поглощать, используя Са²⁺-унинортер.

Для измерения концентрации ионов кальция в цитозоле и других компартментах используют селективные электро­ды, красители, а также трансгенные растения с привнесен­ным геном экворина - Са²⁺-зависимого флуоресцентного белка. Использование таких трансгенных растений позво­лило установить, что сигналиндуцированное преходящее повышение содержания ионов кальция в цитозоле приводит к быстрому и преходящему возрастанию их концентрации в

митохондриях, что может быть предотвращено предобра­боткой разобщителями электронного транспорта и фосфо-рилирования [Rizzuto et al., 1992]. Установление этого фак­та позволяет подойти к объяснению до сих пор еще не очень ясного механизма передачи элиситорного сигнала, рецептируемого плазмалеммой, в хлоропласты и митохонд­рии. Получение трансгенных растений с химерным геном экворина и ядерного белка нуклеоплазмина позволило ус­тановить, что сигналиндуцированное повышение содержа­ния Са²⁺ происходит не только в цитозоле, но и в ядре [Van der Luit et al., 1999].

Как уже отмечалось, в целом ряде опытов было показа­но, что сигналиндуцированное возрастание концентрации ионов кальция в цитозоле объясняется активацией кальци­евых каналов не только плазмалеммы, но и внутренних вместилищ ионов кальция [Knight et al., 1996; Mori et al., 1998].

---

В опытах с активатором G-белков мастопараном было обнаружено, что устранение внешнего пула Са²⁺ могло не ингибировать кальциевого "всплеска" в цитозоле, из чего был сделан вывод об активации кальциевых каналов мемб­ран органелл [Takahashi et al., 1998]. Подавление эффекта с помощью ингибитора неомицина позволило сделать вывод об участии в этом процессе фосфоинозитидов.

В настоящее время интенсивно обсуждаются возможно­сти автокаталитических и автосупрессорных процессов в кальциевой сигнальной системе. Большой интерес вызвали сообщения о том, что если незначительное повышение кон­центрации ионов кальция в цитозоле стимулирует, то силь­ное - ингибирует индуцируемое инозитол-1,4,5-трисфосфа-том открывание кальциевых каналов. Обнаружен Са²⁺-ин-дуцируемый синтез белка кальмодулина, который образует с ионами кальция комплекс, принимающий участие в акти­вации различных белков, в том числе протеинкиназ [Romeis et al., 1999], и через них - факторов регуляции транскрип­ции. В растениях существуют и кальмодулин-независимые, но Са²⁺-зависимые протеинкиназы, имеющие у С-конца до­мен, по своей структуре близкий к структуре кальмодулина и способный связывать ионы кальция, что приводит к акти­вации протеинкиназы без участия молекулы кальмодулина | Harper etal., 1991].

---

Смотрите также файлы

• Элементарная ботаника (ЭБ3) (ПВ+).doc

• Элементарная ботаника (ЭБ1) (ЗО).doc

• Положення+правки-3.doc

• metodichka_z_selektsiyi (1).doc

• moy_otchet.doc