Биоэлектрогенез у высших растений - Опритов В.А.
ISBN 5-02-004108-4
Скачать (прямая ссылка):
Проведенные на изолированных мембранных везикулах с помощью гидрофобного флуоресцентного зонда МБА исследования показали, что в липидной области плазматических мембран действительно имеет место структурная перестройка вблизи 18° 1190]. Позднее эта структурная перестройка была зарегистрирована также в опытах с липофильным зондом пиреном [215] (см. раздел 7).
Таким образом, термотропная структурная перестройка в липидном окружении электрогенного насоса должна играть важную роль в цепи событий, протекающих в возбудимых мембранах высшего растения при действии постепенного умеренного охлаждения и приводящих к возникновению ПД.
Значимость этой роли отчетливо показали опыты по искусственному исключению термотропной структурной перестройки липидов из цепи подпороговых изменений, развивающихся в плазматических мембранах возбудимых клеток проростков тыквы при действии постепенного охлаждения. Для этого с помощью процедуры умеренного холодового закаливания проростков, описанной нами ранее в работе [216]. смещали протекание структурной перестройки в липидном матриксе плазматических мембран в более низкотемпературную область. О наличии смещения интервала перестройки судили по эксимеризации пирена, связанного с изолированными мембранными везикулами. Было установлено, что у закаленных проростков данная структурная перестройка протекала при 13—14°, в то время как у контрольных незакаленных — при 17—18° (рис. 44). Столь небольшое различие в термотропных свойствах липидного матрикса плазматических мембран существенным образом сказывалось на кинетике подпорогового изменения Е?п возбудимых клеток при постепенном охлаждении от ~ 23°. Если подпороговая деполяризация клеток контрольных проростков имела характерный нелинейный вид с перегибом в области 18°, то у большинства закаленных проростков деполяризация развивалась почти линейно, со сравнительно невысоким коэффициентом крутизны (см. рис. 28). Медленное развитие подпороговой деполяризации, обусловленное исключением резкой термотропной структурной перестройки липидов из механизма подпороговых изменений, способствовало тому, что генерация ПД у возбудимых клеток закаленных проростков имела место лишь при весьма значительном температурном перепаде.
Отсюда следует, что участие в цепи подпороговых изменений термотропной структурной перестройки липидов, модифицирующей активность электрогенного насоса возбудимой мембраны, существенным образом сказывается на характере подпороговой деполяризации путем резкого ускорения последней. Благодаря именно такому
165
участию у тыквы становится возможной генерация ПД в ответ на весьма умеренное постепенное охлаждение от 23—20° [190, 216]. В этой связи указанная перестройка может рассматриваться как триггер подпороговых изменений, приводящих к генерации ПД у высшего растения в ответ на умеренное охлаждение.
С учетом изложенного выше может быть предложена схема этапов изменения Е„ возбудимой клетки высшего растения (на примере тыквы) при действии постепенного охлаждения (рис. 45), на которой этап деполяризации до уровня порога возбуждения упрощенно представлен состоящим из двух линейных участков. Ет -» Е?т и Е*т -» Ет, где Efm — гипотетический уровень Ет при температуре структурной
перестройки в липидном окружении электрогенного насоса.
В пределах участка Е°т —> Е'т снижение Ер протекает со сравнительно невысоким коэффициентом крутизны и несущественно по величине. Причин изменения Ер на этом участке, очевидно, может быть несколько [207, 212]. В их число входят, вероятно, градуальное уменьшение лабильности белковой структуры электрогенного насоса, градуальное увеличение вязкости липидного матрикса мембраны, уменьшение активности дыхания. Во многом сходны с ними причины, обусловливающие уменьшение величины Ер на участке Ёт —» Ест. Однако крутизна процесса здесь очень значительна и определяется она главным образом тем, что под влиянием температурно-зависимой структурной перестройки липидного окружения электрогенный насос, создающий Ер, совершил предположительно конформационный переход в состояние с низкой каталитической активностью, и в результате чувствительность Ер к действию охлаждения резко возросла (ниже уровня Efm).
Изложенный выше материал, иллюстрирующий роль структурных изменений в возбудимой мембране в достижении уровня порога возбуждения при действии температурного раздражителя, на наш взгляд, на частном примере позволяет достаточно определенно судить о состоянии вопроса в целом. Как показано ранее (см. раздел 7), механизм действия самых различных экзогенных и эндогенных факторов на Егт клеток высших растений тесно связан с теми или иными модификациями мембранной структуры. Исходя из этого, универсальность роли структурных перестроек в возбудимой мембране в осуществлении процесса подпороговой деполяризации, как
фрагмента изменения Еп возбудимой клетки представляется вполне очевидной.
166
Роль структурных перестроек в возбудимой мембране в генерации пика потенциала действия
Наряду с участием в подпороговых изменениях структурные перестройки в возбудимых мембранах играют, судя по всему, существенную роль в генерации собственно пика ПД, т.е. на стадии возбуждения мембран, когда уровень порога уже достигнут. Убедительным аргументом в пользу изменения структуры возбудимой мембраны при генерации пика ПД может служить известный феномен скачкообразного уменьшения Rm в фазу деполяризации импульса, обнаруженный и на клетках высших растений [283, 610]. При этом возникновение ПД по принципу "все или ничего" может рассматриваться как критерий кооперативного характера лежащего в основе этого процесса предполагаемого структурного "возмущения" [116].
