Жизнь зеленого растения - Гэлстон А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 2.25. Молодые паренхимные клетки, выращиваемые в культуре. (С любезного разрешения Wilson Н. Т., University of Alabama at Huntsville.)
Эти клетки начали увеличиваться с формированием в цитоплазме одной или нескольких вакуолей (/). В верхней клетке много мелких вакуолей, а в нижней мелкие вакуоли сливаются в одну крупную. Обратите внимание на слияние двух вакуолей на участках, отмеченных крестиком (X): видно, что и мембраны, и цитоплазма между сливающимися вакуолями распадаются.
1, 0, тогда как pH цитоплазмы близок к 7,0. Столь большая разница в концентрации водородных ионов между вакуолярным соком и цитоплазмой заставляет предположить, что в тонопласте имеются какие-то насосы, перекачивающие ионы Н+ из цитоплазмы в вакуоль. По всей вероятности, эти насосы способствуют поддержанию pH цитоплазмы на должном уровне. Такой контроль жизненно важен, поскольку регулирующие метаболизм ферменты сосредоточены главным образом в цитоплазме, а активность ферментов очень сильно зависит от pH. В вакуоли могут, следовательно, храниться и накапливаться ионы и различные вещества, которые в противном случае могли бы нарушить клеточный метаболизм. К таким веществам относятся, в частности, органические кислоты или их соли (часто встречается, например, оксалат кальция), пигменты (такие, как анто- цианы) и фенольные соединения (например, таннины).
Все наши современные представления о свойствах тонопла- ста основываются, во-первых, на результатах ультраструктур- ных исследований и, во-вторых, на выявлении различий в составе вакуоли и цитоплазмы. Попытки выделить тонопласт иэ прочих мембранных фракций не имели успеха вплоть до недавнего времени, когда наконец удалось разработать методику отделения интактных вакуолей от остального клеточного содержимого (рис. 2.26). Первый этап этой процедуры сводится к получению сферических протопластов путем ферментативного переваривания клеточных стенок в высококонцентрированном растворе какого-нибудь осмотически активного вещества. Затем протопласты переносят в менее концентрированную (гипотоническую) среду. Здесь они поглощают воду, набухают и в конце концов разрываются, высвобождая вакуоли. После этого дифференциальным центрифугированием отделяют вакуоли от ор- ганелл и от инкубационной среды. Первые же анализы таких изолированных вакуолей показали, что в тонопласте сосредоточены ферменты, регулирующие транспорт солей. В настоящее время во многих лабораториях проводятся дополнительные эксперименты, цель которых состоит в том, чтобы определить характеристики проницаемости и ферментный состав тоноплас- та; такого рода сведения значительно расширили' бы наши представления о роли тонопласта в регуляции клеточного метаболизма.
Рис. 2.26. Микрофотография вакуолей, выделенных из двух окрашенных видов Tulipa. (Wagner G. J., Siegelman H. W. 19*75. Science, 190, 1200.)
Для того чтобы выделить вакуоли, лепестки сначала разрезали бритвенным лезвием на мелкие кусочки. Эти кусочки инкубировали с ферментом, растворяющим клеточные стенки, и таким путем высвободили протопласты. Протопласты в свою очередь инкубировали в растворе, вызывающем их набухание, завершающееся разрывом плазмалеммы. После этого легким помешива- яием удалось высвободить нз цитоплазмы вакуоли и другие органеллы.
КИСЛОТНОСТЬ, pH И БУФЕРЫ
Кислотность и щелочность. Кислотой называют вещество, способное отдавать протон (Н+), а основанием — вещество,,
способное его присоединять. Если добавить к какой-либо водной системе кислоту, то концентрация протонов в системе повысится; если же добавить основание, то оно будет присоединять протоны и тем самым снижать их концентрацию. Это в свою очередь приведет к возрастанию концентрации ионов ОН-, потому что при диссоциации воды
Н20 т—г Н+ + ОН";
между Н+, ОН- и Н20 поддерживается равновесие.
Таким образом, в водных системах кислотность=[Н+], а щелочность=[ОН_] (квадратные скобки означают здесь концентрацию в грамм-атомах или грамм-молекулах на литр, т. е. мо- лярность раствора). В водных растворах [Н+]Х[ОН-] = 10~14. Поскольку [Н+] и [ОН-] связаны обратно пропорциональной зависимостью, мы можем, зная <[Н+], определить [ОН-]. В нейтральном растворе (с равными концентрациями ионов водорода и гидроксила) [Н+] = [ОН-] = 10~7 М.
pH. Кислотность клеточного сока колеблется у растений от 10-1 до 10-7 М, т. е. может различаться в миллион раз. При таком большом диапазоне различий для удобства приходится выражать кислотность в логарифмической шкале, через десятичный логарифм концентрации водородных ионов (выраженной в моль/л), взятый с обратным знаком. Для этой величины принято обозначение pH:
pH = —lg [H+I.
Следовательно, если [Н+]= 10-хМ, то рН = х. Соответственно снижение pH на одну единицу означает десятикратное увеличение кислотности, а повышение на одну единицу — десятикратное ее уменьшение.
Кислотность для растений очень важна, и в частности важна для их роста. Оптимальный для деятельности ферментов* диапазон pH крайне узок — обычно ферменты наиболее активны при значениях pH, близких к нейтральному. В цитоплазме поддерживается рН~7 благодаря буферам (см. ниже),..а также насосам, перекачивающим ионы Н+ в вакуоль или из вакуоли. Вакуоль у растений служит резервуаром для органических, кислот, поэтому pH ее содержимого колеблется обычно в пределах 3,5—5,5; однако в клетках некоторых плодов pH вакуо- лярного сока равен 1,0. Активность ATP-генерирующих систем в хлоропластах и митохондриях зависит от разности pH между двумя сторонами мембраны, окружающей органеллу (гл. 4 и 5).
