Водный обмен растений - Жолкепич В.Н.
ISBN 5-02-003977-2
Скачать (прямая ссылка):
ческого сдвига между резонансными частотами [77]. Измерения времен релаксации дают информацию о присутствии парамагнитных примесей в клетках. Искусственное внесение парамагнитиков дает возможность определить среднее время пребывания молекул воды в пределах объема клеток и коэффициент проницаемости клеточных мембран [78], позволяет разделять времена релаксации Тц и Ти, которым соответствуют различные фракции воды в клетках, и тем самым позволяет оценивать количество воды в этих фракциях [79], а при внедрении парамагнитных ионов во внеклеточное пространство исследовать межклеточный транспорт воды [80].
Измерения методом постоянного и импульсного градиента магнитного поля позволяют определить коэффициенты самодиф-фузии внутриклеточной воды в различных объектах, оценить в них подвижность воды, наблюдать за изменением проницаемости клеточных мембран под влиянием различных факторов [81, 82], оценить распределение размеров клеток и внутриклеточных структур [82, 83]. Возможности ЯМР в определении количества резонирующих ядер нашли свое применение в определении количества незамерзающей воды биосистем, в изучении связи состояния воды и устойчивости растений к неблагоприятным условиям внешней среды [84, 85].
Параллельные измерения коэффициента эффективной диффузии воды — Д,фф и времени релаксации — Тх в клетках с использованием метода импульсного градиента магнитного поля при действии мембраноактивных веществ дают возможность судить о проницаемости клеточных мембран и исследовать пути движения воды при межклеточном транспорте [80].
ЕЩЕ РАЗ О СВОБОДНОЙ И СВЯЗАННОЙ ВОДЕ В РАСТЕНИИ
Как мы уже отмечали, физические методы исследования, первоначально перевернувшие все наши представления о свободной и связанной воде в растении, не были специально предназначены для исследования столь сложных систем, как биологические. Эти методы были разработаны применительно к сравнительно простым физическим или физико-химическим системам с известным исследователю составом, так что вклад каждого из ингредиентов в измеряемые параметры можно было бы учесть. Поэтому вполне естественно, что при работе с биологическими объектами, обладающими несметным количеством трудно поддающихся учету факторов, необходимо было соблюдать чрезвычайную осторожность как в отношении получаемых результатов, так (и особенно) их интерпретации. Требовалась длительная, кропотливая, но совершенно неизбежная подготовительная работа. Кроме того, один и тот же изучаемый параметр желательно было измерить разными методами и лишь в случае по-
лучения однозначных результатов делать соответствующий вывод.
Чрезмерно категоричные и безапелляционные выводы, еде- ' ланные на первых порах при применении физических методов для определения состояния воды в растении, после их проверки и уточнения потребовали пересмотра. Прежде всего эти выводы противоречат основополагающему для молекулярной биологии представлению об участии воды в формировали нативной конформации биологических макромолекул и в их функционировании. Если принять, на основе данных, полученных с помощью физических методов, что структура воды практически не меняется даже при денатурации, то не может быть и связанного с водой вклада в свободную энергию сворачивания белковой глобулы в компактную структуру и тем более в изменение ее конформации в процессе функционирования. В этой связи были тщательно проанализированы результаты, полученные при применении калориметрии, гравиметрии, диэлектрической спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, различных разновидностей метода ЯМР, и показано, что эти методы не учитывают сла-босвязаипую воду, вклад которой в свободную энергию системы сопоставим с вкладом прочносвязаниой воды, либо они приводят вообще к неверным результатам из-за использования при их интерпретации некорректных предпосылок. С учетом динамических характеристик макромолекул показано, что количество связанной воды в биологических объектах значительно превышает ранее приведенные оценки и, в общем, находится в соответствии с представлениями об участии воды в формировании нативной конформации биополимеров и в их функционировании. Согласно этим данным, в живых клетках существуют по крайней мере две фракции прочносвязаниой и две фракции слабосвязапной воды [86—89].
К связанной воде относят также иммобилизованную воду, физические свойства которой не изменены, но которая с физиологической точки зрения может считаться связанной, поскольку она локализирована в малых пространствах и не может участвовать в процессах, происходящих за пределами этих пространств. Количество иммобилизованной воды может быть достаточно большим. В желатиновых гелях оно достигает 30 г на 1 г сухого желатина. Иммобилизации воды в цитоплазме большое значение придавал А. М. Алексеев [90, с. 9]: «Спутанный клубок беспорядочно изогнутой белковой макромолекулы неизбежно иммобилизует внутри себя часть воды, являясь лишь частично проницаемым. Таким образом, в протоплазме появляется фракция «рыхло-связанной» воды, имеющая немаловажное значение... Иммобилизация части воды должна отразиться на самодиффузии воды в протоплазме». Это согласуется с представлением о барьерах как основной причине снижения самодиффузии воды в клетках. Методом ЯМР в семенах обнаружена [91] фракция воды с высокой подвижностью, но при подсушивании семян
