Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Относительно посттранскрипционных превращений про-мРНК существует гипотеза, что наряду с транскрипцией собственно гена происходит и транскрипция регуляторных сайтов, комплементарных лишь экзонам, впоследствии взаимодействующих с этими областями и способствующими точной вырезке интронов.
Примером фитогормональной регуляции избирательной экспрессии генов может служить индукция синтеза а-амилазы при прорастании зерновки ячменя.
а-Амилаза, в отличие от других амилаз, которые постоянно в небольших количествах присутствуют в растительных клетках, синтезируется при наступлении благоприятных условий для прорастания семени. При набухании зародыш продуцирует гормон гиббереллин. Гиббереллин диффундирует к клеткам алейронового слоя, соединяется с белками-рецепторами, образуя активный гормон-рецепторный комплекс, который снимает репрессорную блокаду, препятствующую экспрессии гена а-амилазы.
Готовый фермент в свою очередь диффундирует в эндосперм и расщепляет крахмал до растворимых сахаров, которые впитываются щитком и служат энергетическим и структурным материалом для роста зародыша.
В зерновке с удаленным зародышем а-амилаза не образуется, так как нет гиббереллина — индуктора биосинтеза этого фермента. Добавление раствора гиббереллина к таким зерновкам включает биосинтез а-амилазы.
Примеры избирательной индукции синтеза ферментов известны для каждого компонента фитогормональной системы.
Фитогормональная регуляция на уровне генетических процессов требует значительного времени, как правило, нескольких часов от момента увеличения уровня гормона до проявления реакции. Однако известны примеры, когда новые мРНК появлялись уже спустя 5 мин, а соответствующие им белки— через 15 мин после резкого подъема концентрации фитогормона в клетке, но это скорее исключение, чем правило. Среднее время фитогормональной регуляции работы генома исчисляется интервалом в несколько часов. В то же время, растение способно ответить на изменение уровня некоторых гормонов всего за несколько десятков минут. Эти «быстрые» реакции связаны со способностью фитогормонов регулировать активность уже существующих ферментов растительной клетки.
Регуляция активности ферментов. Вторичные посредники фитогормонов. В этом случае реакция на фитогормон проявляется в течение нескольких минут с момента резкого повышения его концентрации. Такие эффекты объясняются изменением активности ферментов, причем общее число молекул того или иного фермента практически не меняется, но их активность возрастает или снижается вследствие взаимодействия с аллостерическим эффектором, в роли которого может выступать фитогормон или его метаболит, или ковалентным модулятором типа Р034, что приводит к изменению сродства фермента к субстрату. Таким образом, быстрые ответные реакции на фитогормон объясняются изменением активности уже существующих в клетке ферментов.
Ярким примером «быстрых» реакций растения на фитогормон может служить стимуляция растяжения клеток колеоптиля под действием ауксина, которая отмечается уже через 5 мин после начала обработки. Данный эффект объясняется тем, что ауксин при взаимодействии со своим рецептором, локализованном в плазмалемме, активирует работу протонной помпы— ферментативной транспортной системы, производящей перенос протонов из клетки в область клеточной стенки. Происходящее при этом подкисление гемицеллюлоз и пектиновых веществ, входящих в состав клеточной стенки, приводит к тому, что связи между ее компонентами ослабляются и за счет тургор-ного давления, создаваемого вакуолью, клетка растягивается.
В последнее время активно проводятся исследования вторичных посредников (мессенджеров) фитогормонов. Интерес к ним возник в связи с открытием циклического аденозинмоно-фосфата (цАМФ) как посредника, усилителя действия гормона животных — адреналина. В растениях также обнаружена цАМФ, и недавно показано, что это вещество выполняет аналогичные функции и в растительном организме.
Другими общими вторичными посредниками для растительного и животного царств являются Са2+, циклический гуанозин-монофосфат (цГМФ) и, возможно, метаболиты фосфатидилино-зитола. Список вторичных посредников, по-видимому, не исчерпывается названными веществами и в недалеком будущем будет расширен. Вторичные посредники находятся в очень тонких взаимоотношениях друг с другом, о механизмах которых в настоящее время практически ничего не известно.
В общем виде действие вторичного посредника заключается в том, что небольшое число молекул гормона в клетке вызывает продукцию гораздо большего числа молекул вторичного посредника, а последние в свою очередь положительно или отри-318
цательно влияют на активность белковых молекул. Таким образом происходит умножение сигнала, исходно возникшего при связывании гормона с рецептором. Наиболее полно механизм действия вторичного посредника гормона изучен на примере цАМФ (рис. 6.4).
Гормон присоединяется к своему специфическому рецептору, расположенному в плазмалемме таким образом, что сайт связывания гормона располагается на внешней поверхности мембраны. В результате этого взаимодействия рецептор изменяет свою конформацию и активирует ферментативный комплекс адени-латциклазы, также частично расположенный в мембране. Аде-нилатциклазный комплекс (АК) включает в свой состав помимо собственно фермента, осуществляющего превращение АТФ в цАМФ, еще и регуляторные вещества белковой природы (G-белки). G-белки, в свою очередь, активируются при взаимодействии с другим нуклеотидом — гуанозинтрифосфатом (ГТФ), что приводит к их диссоциации на субъединицы, которые и представляют собственно управляющий агент синтеза цАМФ.
