Биоэлектрогенез у высших растений - Опритов В.А.
ISBN 5-02-004108-4
Скачать (прямая ссылка):
В опытах in vivo редокс-реакции плазмалеммы также нередко сопровождаются электрическими явлениями. В частности, внеклеточное окисление восстановленных пиридиннуклеотидов (НАДН, НАДФН) эндогенным акцептором электронов может приводить к увеличению Е?п
протопластов и клеток высших растений [234, 490. 665]. Напротив, внеклеточное восстановление феррицианида вызывает быструю глубокую деполяризацию плазматической мембраны. При этом имеет место закисление внешней среды [172, 234, 347, 447, 482, 509, 5391.
Если исходить из того, что ЭТЦ осуществляет электрогенный транспорт Н+ из растительной клетки [171], деполяризация плазмалеммы в ходе феррицианидредуктазной реакции дает основания считать, что феррицианид, конкурентно перехватывая электроны у ЭТЦ, препятствует выполнению данной системой функции электрогенного протонного насоса. Действительно, поскольку восстановление феррицианида происходит внеклеточно, оно должно приводить к нарушению трансмембранного разделения ё и Н+ [172. 447]. Следовательно, выход Н+ из клетки будет сопровождаться лишь закислением внешней
среды, а Егп клетки в присутствии феррицианида уменьшится на
величину вклада ЭТЦ в его формирование.
В соответствии с таким подходом некоторые авторы считают, что
вклад ЭТЦ плазмалеммы в формирование Е^ клеток растений может
быть очень значительным и соответствовать даже ЕР в целом. При этом речь идет как о темновом, так и о фотоиндуцированном Ер [172, 447, 539]. Последний в этой связи можно рассматривать как результат активации редокс-цепи плазмалеммы на свету [536, 5391.
Однако представления о том, что изменения Е'„ клеток высших
растений в ходе феррицианид-редуктаэной реакции эквивалентны потенциалу, генерируемому редокс-цепью, и могут достигать величины ЕР в целом, находятся в сильном противоречии с рассмотренными выше данными о ведущей роли Н+-АТФазы в функционировании
39
2Fe(CN)f
2Fe(CN )i'
(Стимуляция фузикокцином
Ингибирование эритрозином В
Рис. 8. Предполагаемая модель потоков ё и Н+, связанных с восстановлением феррицианида, и взаимоотношений между редокс-цепью плазмалеммы и АТФ-завнснмой секрецией Н+(несколько упрощенная схема [5091)
электрогенного Н+-насоса плазмалеммы. В этой связи обращает на себя внимание предложенная недавно [509] иная интерпретация событий, протекающих на плазмалемме клеток в ходе внеклеточной феррицианид-редуктазной реакции. Предполагается, что восстановление феррицианида и наблюдаемое при этом подкисление среды обусловлены двумя различными механизмами: первичным транспортом только ё к феррицианиду, приводящим к деполяризации мембраны (за счет увеличения концентрации Н+ в цитоплазме), и последующим выходом Н+. осуществляемым Н+-АТФазой, активируемой внутриклеточным подкислением и деполяризацией (рис. 8.). Это подтверждают, в частности, результаты опытов с ингибитором Н+-АТФазной активности эритрозином В, который сильно угнетал вызываемое феррицианидом подкисление среды, но весьма слабо влиял непосредственно на процесс восстановления феррицианида [509].
Таким образом, альтернативная точка зрения на редокс-цепь плазмалеммы может состоять в том, что эта система не участвует в осуществлении электрогенного транспорта Н+ через плазматическую мембрану клеток растений [482, 509]. Данная точка зрения, равно как и та, которая приписывает редокс-цепи ведущую роль в осуществлении электрогенного выхода Н+ из клетки, представляется нам крайней. Решение вопроса о роли редокс-цепи плазмалеммы в электрогенезе клеток растений, в частности высших, будет связано с дальнейшим изучением механизма ее функционирования и анализом взаимоотношений с Н+-АТФазой.
40
Электрогенные свойства Н+-АТФазы и пирофосфатазы тонопласта
Тонопласт вносит значительно меньший вклад в электрогенез клетки высшего растения, чем плаэмалемма (см. раздел 2). Тем не менее его способность к генерации Ет. по-видимому, весьма существенна для обмена веществами с вакуолью, изменения механических размеров последней и т.д.
Поскольку изучение электрогенных свойств тонопласта в интакт-ной клетке крайне затруднено, то основное внимание исследователей в последние годы было уделено работе с везикулами этой мембранной структуры. Удалось выявить две основные электрогенные системы тонопласта: Н+-АТФазу и Н+-пирофосфатазу [5921.
Н+-АТФаза тонопласта относится к новому, или, как его называют, третьему, типу Н+-АТФаз [503, 5921. Она отличается по своим свойствам от FoFt или Е1ЕгН+-АТФаз. Для нее характерно более щелочное значение оптимума pH, чем для Н+-АТФазы плазмалеммы, отсутствие фосфорилирования в цикле работы, нечувствительность к ванадату, стимуляция С1~, угнетение N03 . В то же время, как и плазмалеммная Н+-АТФаза, она нечувствительна к олигомицину, уабаину, азиду, ингибируется ДЦКД, ДЭС [476, 503, 592]. Хотя предложены конкретные модели ее строения [592], субъединичный состав данной ферментной системы пока четко не установлен и разные авторы приводят разные данные [320, 501, 5901.
Электрогенность тонопластной АТФазы показана весьма четко. При этом в подавляющем большинстве исследований генерируемый Е„ имеет знак "плюс" внутри везикул [286, 303, 346, 456]. Это связано с тем. что при выделении везикул сохраняется ориентация мембраны, свойственная нативной клетке, т.е. везикулы обращены цитоплазматической стороной наружу [476]. Следует иметь в виду, что на результаты измерений 4п тонопласта сильное влияние может оказать выбор метода. Так, по данным [400], при использовании для измерения Ет проникающих липофильных катионов ТФМФ+. ТФФ+ регистрируется знак "минус" внутри тонопластных везикул, хотя в тех же опытах измерения с помощью микроэлектродов дали значения со знаком "плюс". Авторы объясняют это явление электростатическим связыванием липофильных катионов с фиксированными отрицательными зарядами наружной и внутренней поверхности мембраны.
