Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследование регуляции транспортных процессов, протекающих на мембране вакуоли (запасающего компартмента клетки) представляет несомненный интерес, поскольку дает возможность установить пути управления накоплением биологически важных веществ в растительной клетке. Известно, что вакуолярная мембрана (тонопласт) содержит ряд специализированных транспортных систем пассивного и активного переноса веществ. Системы активного переноса на тонопласте связаны с двумя протонными насосами: 㳥-АТФазой и гҐ~-пирофасфатазой (Rea and Sanders, 1987). Оба фермента принимают участие в транспорте ионов, углеводов, аминокислот и других соединений в вакуоль (Briskin et al., 1985; Саляев и Катков, 1988; Martinoia and Rentsch, 1992; Davies, 1992). В связи с этим изучение регуляции активности ІҐ-АТФазьг и ЬҐ-пирофосфатазьі представляет особый интерес.
Как установлено в настоящее время, процессы накопления веществ, в которых существенную роль играют системы активного транспорта мембран, контролируются фитогормоиами (Полевой, 1989). Гормональная регуляция активного транспорта, в частности тГ-АТФазы, довольно хорошо изучена на плаамалемме (Santoni et al., 1991; Терещенко, 1994, Шишова и саовт., 1998). В то же время, информации о влиянии фитогормонов на гҐ"~АТФазу и Н4-пирофосфатазу вакуолярной мембраны на сегодняшний день сравнительно мало. Имеющиеся в литературе результаты исследований гормонального воздействия на активность протонных насосов тонопласта, как правило, противоречивы и трудно воспроизводятся (Wang Bao-Shan and Haschhe, 1991; Kasai et al., 1993). На наш взгляд, это могло быть следствием неоптимальных условий экспериментов, при которых не всегда принимались во внимание онтогенетическая динамика активности ферментов и эндогенный уровень гормонов, а также ионный состав опытных сред мог не соответствовать условиям, необходимым для эффективного воздействия фитогормонов на ферменты. Не исключено, что поэтому в настоящий момент до конца не выяснен вопрос: "Могут ли фитогормоны регулировать актнвпость ІҐ-АТФазьі и Н^пирофосфатазы на уровне мембраны (т. е. минуя пути активации синтеза белков фермента)?" В этой связи остается также нерешенным вопрос о роли ионов при взаимодействии ферментов и фитогормонов. Не выяснена возможность регуляторного влияния фитогормонов на сопряженный с переносом протонов транспорт в вакуоль углеводов. Указанные вопросы, на наш взгляд, являются важным звеном в изучении на мембранном уровне механизмов регуляции процессов аттракции и накопления метаболитов в клетке.
Целью настоящей работы явилось изучение влияния фитогормонов и юшетина на гидролитическую активность Н*-АТФазы и Н^-пирофосфатазы мембран изолированных вакуолей корнеплодов столовой свеклы (Beta vulgaris L.) и на сопряженный с активным переносом протонов транспорт Сахаров в вакуоль.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
1. Изучить динамику гидролитической активности протонных насосов
тонопласта и динамику накопления Сахаров в онтогенезе столовой свеклы (Beta
vulgaris L.).
-
Исследовать на изолированных вакуолях, выделенных на разных фазах онтогенеза, влияние гибберелловой кислоты, абсцизовой кислоты, индолилуксусной кислоты и кинетина на активность Н+-АТФазы и ІҐ-пирофосфатазы вакуолярной мембраны.
-
Проанализировать роль ионов К+ и Mg2* в гормональной регуляции протонных насосов.
4. Изучить влияние фитогормонов на активное поглощение Сахаров
изолированными вакуолями на разных этапах роста и развития растения.
Научная новизна. В настоящей работе получены новые данные о гормональной регуляции гидролитической активности НҐ-АТФазьі и Н4-пирофосфатазы тонопласта. На изолированных вакуолях продемонстрирована способность фитогормонов существенно изменять активность протонных насосов на уровне мембраны. Наряду с этим, выявлена зависимость гормональной регуляции ферментов от ряда факторов: а) от ионного состава опытных сред; б) от стадии роста и развития растения; в) от присутствия ионов-регуляторов ферментов. Проведены исследования, которые показали, что через регуляцию активности гГ-АТФазы и Н^-пирофосфатазы фитогормоны способны управлять транспортом Сахаров в вакуоль.
Практическая и теоретическая значимость работы определяется тем, что полученные результаты не только дополняют сведения о регуляции протонных насосов тонопласта, но и открывают новые возможности для дальнейшего исследования механизмов гормональной регуляции транспортных процессов на вакуолярной мембране и изучения механизмов аттракции.
В теоретическом плане особое значение имеет доказательство того, что фитогормоны могут регулировать активность Н*-АТФазы и ЬҐ'-пирофосфатазьі тонопласта на уровне мембраны. Большой интерес, как в теоретическом, так и в практическом аспекте, имеют сведения о способности фитогормонов управлять транспортом Сахаров в вакуоль через регуляцию активности протонных насосов.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на Международном симпозиуме "Plant hormone perception and transduction" (Москва, 1994), на Ежегодном симпозиуме "Physical-chemical basis of plant physiology" (Пемза, 1996), на IV Международной конференции "Регуляторы роста и развития растений" (Москва, 1997), на Международной конференции "Физиология растений - наука III тысячелетия'' (Москва, 1999), а также на научных сессиях (1994, 1996, 1998 г.) Сибирского института физиологии и биохимии растений.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы (143 наименования). Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, включает 3 таблицы и 15 рисунков.
