ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2019
Просмотров: 3408
Скачиваний: 3
В последнее время у животных объектов обнаружена не только инозитол-1,4,5-трисфосфатная, но еще одна ветвь кальциевой сигнальной системы - инозитол-3,4,5-трисфос-фатная, причем предполагается возможность ее функционирования и в клетках растений [Munnik et al., 1995; 1998]. Оказалось, что изменение местоположения одной из фосфатных групп существенно изменяет набор белков, которые являются мишенями для инозитолтрисфосфата и которые активируются им.
Возможность регуляции функционирования цитоскеле-та с помощью кальциевой сигнальной системы - одна из актуальных задач физиологии растений. Имеются данные, позволяющие считать, что действие на микротрубочки и мик-рофиламенты изменения концентрации ионов кальция опосредовано кальмодулином и кальцийзависимыми протеин-киназами. Динамическое состояние микротрубочек в значительной степени зависит от фосфорилирования-дефосфо-рилирования связанных с ними белков. Ингибирование про-теинкиназ индуцировало стабилизацию микротрубочек в суспензионной культуре клеток табака при гипотермии. Изменения в цитоскелете могут иметь существенные последствия для клетки, так как от него зависит движение цитоплазмы, ориентация отложения микрофибрилл целлюлозы в клеточную стенку [Тарчевский, Марченко, 1987; Tarchevsky, Marchenko, 1991], транспортные процессы и т.д
Изменения ионных потоков наблюдаются в клетках не только при действии на них патогенов (и патогенпродуци-руемых элиситоров), но и при симбиотическом взаимодействии азотфиксирующих бактерий и бобовых растений, в результате которого появляются узелки на корнях. Один из наиболее быстрых ответов растений на действие вызывающих образование корневых узелков (nodules) липохи-тоолигосахаридов (Nod-факторов) - это повышение в цитоплазме концентрации ионов кальция, а также протонов [Cardenas et al., 1999; 2000]. Показательно, что кальциевый ионофор А-23187 по своему действию на образование корневых узелков приближался к эффекту Nod-факторов [Felle et al., 1998].
Рецепторы Nod-факторов могут быть непосредственно связаны с Са2+ и С1-каналами [Cardenas et al., 2000]. Альтернативное мнение заключается в том, что вход кальция - это
следующее звено за гетеротримерным G-белком (о чем свидетельствуют опыты с активаторами этих белков мастопа-раном и пертуссиновым токсином) и фосфолипазой С (опыты с ингибитором фермента - неомицином). В первом случае наблюдалась индукция, а во втором - ингибирование эффекта Nod-факторов [Pingret et al., 1998].
ЛИПОКСИГЕНАЗНАЯ СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА
Известно, что многие мембранные липиды (в особенности фосфолипиды) могут освобождать входящие в их состав жирные кислоты в ходе реакций, катализируемых липазами, например фосфолипазами А2. Фосфолипазы А2 активируются патогенами, стрессовыми фитогормонами, элисито-рами, абиогенными стрессорами [Mueller et al., 1993; Creelman, Mullet, 1995; Conconi et al., 1996; Гречкин, Тарчев-ский, 1999]. Освободившиеся из сложных липидов линоле-вая и особенно линоленовая кислоты являются субстратами липоксигеназной сигнальной системы (рис. 15). Ее название обязано ферментам, катализирующим присоединение молекулярного кислорода к одному из атомов углерода цис, цис-пентадиенового радикала жирных кислот в клетках микроорганизмов, растений и животных. В результате происходит образование гидропероксидного производного, у которого наблюдается изменение г<мс-конфигурации двойной связи в транс-конфигурацию. Большинство растительных липоксигеназ отличается высокой специфичностью, окисляя линолеат и линоленат по положению С-9 или С-13 (9- и 13-липоксигеназы). Наиболее отзывчиво изменение экспрессии и активности 13-липоксигеназ [Eiben, Slusarenko, 1994; Royo et al., 1996]. Субстратами липоксигеназ могут быть не только свободные ненасыщенные жирные кислоты, но и находящиеся в составе запасных триацилглицери-нов [Feussner et al., 1997а] и фосфолипидов [Brash et al., 1987] (рис. 16).
Гидроперекиси жирных кислот в ходе пероксигеназной реакции с ненасыщенными кислотами превращаются в эпоксидные формы и гидроксипроизводные (рис. 17) [Vick, Zimmerman, 1987; В1ее,1996]. Это путь синтеза мономерных субстратов гетерополимера кутина [В lee, 1995] - основного
Рис. 15. Схема функционирования липоксигеназной сигнальной системы
ГПО-ПЖК - гидропероксиформы полиеновых жирных кислот; ЖК — жасмоновая кислота; ЛФ — лизофосфатиды; МФЛ — мембранные фосфолипиды; ПЖК - полиеновые жирные кислоты; окси-эпокси-ПЖК - гидроксилированные и эпоксидированные формы ПЖК; ПК -протеинкиназы; ФДК - фитодиеновая кислота; ФЛА2 - фосфолипаза А7; С6, С9, С12 - шести-, девяти- и двенадцатиуглеродные продукты лиазных реакций превращения ГПО-ПЖК. Остальные обозначения - см. рис. 6
Рис.
16. Липоксигеназное превращение свободной
(слева) и находящейся
в составе фосфолипида (справа) линоленовой
кислоты
13-ЛОГ - 13-липоксигеназа; ФЛА2 - фосфолипаза А2
Рис. 18. Гидропероксидлиазные реакции липоксигеназного метаболизма
9-ЛОГ и 13-ЛОГ - соответственно 9- и 13-липоксигеназы
Рис. 17. Пероксигеназные реакции превращения гидроперокси-линолената
компонента кутикулы, являющейся защитным покровом надземных органов растений.
Важную роль в липоксигеназном метаболизме играют гидропероксидлиазы высших растений, катализирующие превращение 9-гидропероксилинолеата или 9-гидроперок-силинолената в С9-альдегиды и С9-альдокислоты (рис. 18), а также 13-гидропероксилинолеата или 13-гидропероксили-нолената в С6-альдегиды и С12-альдокислоты [Gardner, 1991]. С6- и С12-соединения могут играть важную роль в за-
щите растений от патогенов и адаптации к абиогенным стрессорам. К числу физиологически активных растительных оксилипинов относятся 2(2)-додецен-1,12-дикарбокси-ловая (травматиновая) кислота и 12-оксо-10(Е)-додецено-вая кислота (травматин), идентифицированные ранее как раневые гормоны [Zimmerman, Coudron, 1979]. Они способны индуцировать деление клеток и образование каллуса в местах повреждения растения. Еще одно близкое по структуре соединение - 12-гидрокси-9(2)-додеценовая кислота, было идентифицировано в экспериментах in vitro с проростками гороха [Гречкин и др., 1987]. Она является активным стимулятором роста, вызывая прирост биомассы каллуса сои до 400% по сравнению с контролем. Продуктами активности 13-гидропероксидлиазы также являются С6-альдеги-ды. Эти соединения, придающие специфический запах свежескошенной траве - 3(2)-гексеналь, 2(Е)- и 3(Е)-гексе-нали, образуются уже через 15 с после механического повреждения листьев [Hildebrand et al., 1990], а так же как продукты их восстановления - гексенолы (см. рис. 18). Под влиянием 9-гидропероксидлиазы из линолевой кислоты появляется еще одна группа летучих 9-углеродных соединений
Рис. 19. Реакция образования кетола и жасмоната из гидропер-оксилинолената
АОС - алленоксидсинтаза; АОЦ - алленоксидциклаза
(обусловливающих запах разрезанного огурца) - 2(Е)-ноне-наль и 3(2)-ноненаль. Линоленовая кислота образует 3(Z), 6(2)-нонадиеналь и 2(Е), 6(2)-нонадиеналь.
Обнаружено превращение летучих альдегидов в нелетучие: 4-гидрокси-2-гексеналь и 4-гидрокси-2-ноненаль, обладающие свойствами физиологически активных соединений [Gardner, Hamberg, 1993; Takamura, Gardner, 1996].
Алленоксидсинтаза катализирует образование кетолов [Grechkin et al., 1991a], способных затормаживать развитие патогенов (рис. 19).
13-Гидропероксилиноленат в ходе нескольких реакций может претерпевать циклизацию с образованием 12-оксо-10,15(7)-фитодиеновой кислоты. В результате восстановления двойной связи в цикле и ^-окисления она превращается
Время воздействия элиситора, мин
Рис. 20. Элиситориндуцированное образование жасмоната [Mueller et al., 1993]
1 - элиситор (гидролизат клеточных стенок дрожжей); 2 - контроль
в жасмоновую кислоту, причисляемую к стрессовым фито-гормонам (см. рис. 19).
Изменение содержания жасмоната под влиянием элиси-торов имеет одновершинный характер (рис. 20).
Сравнительно недавно были выявлены необычные ок-силипины, содержащие простую эфирную связь в своих углеводородных цепях, - дивиниловые эфиры: колнелевая и колнеленовая [Galliard, Chan, 1980], а также этеролевая и этероленовая кислоты [Grechkin et al., 1995; Grechkin, Hamberg, 1996; Grechkin et al., 1997].
Абиотические и биотические стрессоры вызывают сильную активацию липоксигеназного пути. Причина по-