Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время уже обще-іризнано, что ионные каналы, представляющие собой пути пассив-юй ионной проводимости мембран и пропусісающие потоки ионов при здвигах мембранного потенциала, играют исключительно важную золь во многих процессах жизнедеятельности растительной клетки: /чествуют в процессах адаптации клетки к внешним воздействиям, ївляются одним из звеньев механизма осморегуляции и регуляции гургора, обеспечивают проведение потенциала действия, реализуют ззаимодействие различных систем клетки.
Разработанный в последнее десятилетие метод фиксации напряжения на исследуемой мембране с помощью микропипеток (patch зіamp) и его различные варианты позволяют изучать работу отдельных ионных каналов путем регистрации токов одиночных канатов, а также работу всей системы ионных каналов мембраны с помощью регистрации интегральных переходных ионных токов, активирующихся при сдвигах потенциала на мембране. Изучение интегральных ионных токов через исследуемую мембрану в различных физиологических условиях и при различных воздействиях позволяет приблизиться к пониманию механизмов регуляции многих внутриклеточных процессов и роли ионных каналов в реализации этих механизмов. Сведения об ионных каналах в мембранах клеток растений, имеющиеся в научной литературе, достаточно объемны и, вместе с тем, противоречивы, а участие системы ионных каналов в физиологических процессах растительной клетки до сих пор является одним из наименее изученных вопросов в физиологии растений. Это и послужило причиной интереса к данной теме исследования.
Цель и задачи исследования. Основная цель данного исследования заключалась в поиске и изучении зависимосги от мембранного потенциала интегральной ионной проводимости мембран изолированных вакуолей и протопластов в различных условиях с помощью модифицированного метода фиксации напряжения с неплотным контактом (loose patch clamp). Для этого были поставлены следующие задачи: 1) исследовать потенциалзависимость интегральной ионной проводимости тонопласта и плазмалеммы, выявить сходство и раз-
- 4 -личие в свойствах проводимости этих мембран; 2) ^исследовать влияние механического натяжения мембраны на интегральные.ионные токи через плазмалемму и тонопласт.
Научная новизна. 1) Показано, что мембрана изолированной вакуоли (тонопласт), как и мембрана изолированного протопласта (плазмалемма), может обладать различными типами потенциалвави-симости интегральной ионной проводимости ("симметричной" и "выпрямляющей"). Установлено, что переход от одного типа проводимости тонопласта к другому может происходить при воздействии абсцизовой кислоты (АБК). 2) Обнаружена чувствительность "це-локлеточной" ионной проводимости мембраны изолированных протопластов к механическому натяжению ее локального фрагмента (меха-ночувствительность); подобной чувствительности у мембраны изолированных вакуолей не обнаружено. 3) Показано, что вольтампер-ная характеристика плазмалеммы в условиях натяжения ее фрагмента отличается от таковой в отсутствие натяжения. 4) Установлено, что чувствительность интегральной проводимости плазмалеммы к натяжению ее фрагмента зависит от наличия ионов кальция в наружной среде, изменяется под влиянием растительного гормона -абсцизовой кислоты и ингибиторов фосфорилирования внутриклеточных белков - хлорпромазина и тетракаина. 5) Обосновывается гипотеза, о совместном участии системы ионных каналов плазмалеммы и системы , цитоскелета в регуляции клеточных процессов, сопровождающихся локальными деформациями и/или изменениями натяжения плазмалеммы. На основании полученных результатов высказывается предположение о важной роли механочувствительности потенциалза-висимой проводимости плазмалеммы в процессах осморегуляции и регуляции тургора растительной-клетки.
Практическая и теоретическая значимость работы. Результаты исследований помогают понять механизмы, вовлеченные в процессы осморегуляции и регуляции тургора растительных клеток, -' а также в регуляцию других процессов в растениях, связанных с механическим воздействием на плазмалемму (рост клеток растяжением, движения органов растений, деление клеток, проведение потенциала действия). Они свидетельствуют о том, что механочувствитель-ность проводимости плазмалеммы может выполнять функцию сенсора и переключателя в регуляции этих процессов, а также способству-
- 5 -ют пониманию той важной роли, которую выполняют механочувстви-тельные ионные, каналы в реализации целостной системы внутриклеточной регуляции. Экспериментальные результаты о влиянии растительных гормонов на пассивную проводимость мембран растительных клеток, полученные в работе, дают возможность глубже понять механизмы воздействия гормонов на клетки растений. ,Не исключено, что использованный в работе методический подход дает наилучшую возможность изучения ответной реакции целого протопласта или вакуоли, а также любой модельной системы, имитирующей клетку, на внешние воздействия, поскольку он не нарушает целостности мембраны объекта и не "вымывает" его содержимое.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались аа Всесоюзных Сабининских семинарах (1987,1988,1989, Москва), на Всесоюзной конференции "Физиолого-генетические аспекты минерального питания растений", 1990, Киев), на Всесоюзных школах "Биомембраны".(1986,1988, Звенигород; 1990, Пущино-на Оке), на Всесоюзной конференции молодых ученых "Механизмы регуляции функционирования биологических систем и методы их изучения" (1988, Казань), на Отчетных конференциях Казанского научного центра РАН (1986 - 1992), на III съезде ВОФР (1993, С.-Петербург) , на расширенных заседаниях научного семинара лаборатории ионного обмена и. дыхания растений и отдела энергетики и адаптации КИБ КНЦ РАН (Казань, 1993; 1994).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 10
печатных работах. .
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на ч Р.-зтраницах машинописного текста, Еключая 31 рисунок и 1 фотографию, состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка литературы (195 наименований, из"них 40 на русском языке).
