научная статья по теме УЧАСТИЕ ПРОТЕИНКИНАЗ И ПРОТЕИНФОСФАТАЗ В ТРАНСДУКЦИИ СИГНАЛОВ ПРИ СТИМУЛИРУЮЩЕМ ДЕЙСТВИИ НЕЙРОТРАНСМИТТЕРОВ НА ВОДОНАГНЕТАЮЩУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КОРНЯ Биология

Текст научной статьи на тему «УЧАСТИЕ ПРОТЕИНКИНАЗ И ПРОТЕИНФОСФАТАЗ В ТРАНСДУКЦИИ СИГНАЛОВ ПРИ СТИМУЛИРУЮЩЕМ ДЕЙСТВИИ НЕЙРОТРАНСМИТТЕРОВ НА ВОДОНАГНЕТАЮЩУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КОРНЯ»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2007, том 54, № 4, с. 550-554

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 581.1

УЧАСТИЕ ПРОТЕИНКИНАЗ И ПРОТЕИНФОСФАТАЗ В ТРАНСДУКЦИИ СИГНАЛОВ ПРИ СТИМУЛИРУЮЩЕМ ДЕЙСТВИИ НЕЙРОТРАНСМИТТЕРОВ НА ВОДОНАГНЕТАЮЩУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КОРНЯ

© 2007 г. В. Н. Жолкевич, Н. В. Жуковская, М. С. Попова

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук, Москва

Поступила в редакцию 07.11.2006 г.

У отделенных корней этиолированных проростков кукурузы (Zea mays L.) нейротрансмиттеры адреналин и норадреналин стимулировали экссудацию, увеличивая корневое давление за счет его метаболической составляющей. При этом осмотическое давление экссудата несколько снижалось. Температурный коэффициент (Qi0) интенсивности экссудации, напротив, повышался, что согласуется с возрастанием как абсолютной величины метаболической составляющей, так и ее доли в суммарном корневом давлении. Для ориентировочного выяснения путей трансдукции сигналов, индуцируемых при воздействии адреналина и норадреналина на транспорт воды, были применены два ингибитора важнейших унифицированных звеньев сигнальных систем - стауроспорин (ингибитор протеинкиназ) и окадаевая кислота (ингибитор проитеинфосфатаз). У корней контрольного варианта стауроспорин существенно замедлял, а окадаевая кислота, напротив, ускоряла экссудацию. В присутствии стауроспорина в инкубационной среде стимулирующий эффект обоих нейротрансмит-теров не только полностью нивелировался, но интенсивность экссудации уменьшалась настолько, что становилась ниже таковой в контроле. Окадаевая кислота оказывала прямо противоположное действие - она заметно усиливала стимулирующее действие обоих нейротрансмиттеров. Полученные данные делают вероятным участие протеинкиназ и протеинфосфатаз в трансдукции индуцируемых как адреналином, так и норадреналином сигналов, стимулирующих водонагнетающую деятельность корня.

Zea mays - нейротрансмиттеры - стимуляция экссудации - трансдукция сигнала - протеинкина-зы - протеинфосфатазы - стауроспорин - окадаевая кислота

ВВЕДЕНИЕ

Впервые о стимулирующем действии нейротрансмиттеров на функционирование нижнего концевого двигателя восходящего водного тока в растении (т.е. на корневое давление) сообщалось в 1979 г. [1]. Уже тогда было сделано заключение, что, стимулируя транспорт воды, нейротрансмит-тер воздействует, прежде всего, на метаболическую (неосмотическую) составляющую корневого давления. В дальнейшем данный вывод был подкреплен фактами зависимости стимулирующего влияния нейротрансмиттеров на экссудацию от целостности цитоскелета и от энергоснабжения. Так, в присутствии дезинтеграторов мик-рофиламентов и микротрубочек, равно как разобщителей окисления и фосфорилирования, стимулирующий эффект нейротрансмиттеров не

Адрес для корреспонденции: Жолкевич Владимир Николаевич. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений РАН. Факс: 007 (495) 977-80-18; электронная почта: Zhvn@ippras.ru

только полностью снимался, но экссудация тормозилась в такой же степени, как будто в инкубационной среде находились одни ингибиторы белков цитоскелета или разобщители окисления и фосфорилирования, а никаких нейротрансмиттеров вовсе не было [2-4]. Это делало вероятным нацеленность воздействия нейротрансмиттеров в процессе стимуляции ими водонагнетающей деятельности корня именно на дыхательную энергосистему и на компоненты цитоскелета, при участии которых как раз и формируется метаболическая составляющая корневого давления. Вместе с тем, полученные данные позволили предположить, что в процессе регуляции скорости водного тока нейротрансмиттеры могут действовать на компоненты цитоскелета как относительно непосредственно, так и с привлечением различных ин-термедиатов [5]. Однако конкретные пути трансдукции таких сигналов до сих пор неизвестны.

Следует отметить, что исследованию сигнальных систем у растений в последнее время уделяется довольно большое внимание [6]. Данные исследования можно даже назвать одним из передовых

рубежей современной биологии. При этом, однако, почти не затрагиваются сигнальные системы, связанные с регуляцией такого кардинального физиологического процесса, как транспорт воды.

Следует также отметить, что участие нейро-трансмиттеров (известных, главным образом, в качестве передатчиков нервного возбуждения у животных) в регуляции транспорта воды у растений не является чем-то малоправдоподобным. Все испытанные нами нейротрансмиттеры обнаружены в растениях (в том числе и у объекта наших исследований - кукурузы), у которых они, судя по материалу, уже полученному рядом авторов, также выполняют регуляторные и сигнальные функции [7-9]. Это подтверждает известную универсальность сигнальных систем у всех живых организмов. Принимая во внимание общебиологическую роль нейротрансмиттеров как сигнальных веществ, указанные соединения предложено называть биомедиаторами [7, 9]. При этом полагают, что передача нервного возбуждения у животных является лишь одной из функций биомедиаторов, ставшая известной раньше, нежели другие функции, что и послужило основанием называть их нейротрансмиттерами (или нейромедиатора-ми), и что с их помощью сигналы могут передаваться и без участия специализированной нервной системы. Кстати, у животных нейротрансмиттеры обнаружены не только в синапсах, но и в крови, где они функционируют как гормоны, т.е. действуют уже не на нервную систему, а осуществляют гуморальную регуляцию.

В наши дни зарождается новое направление в биологии - нейробиология растений [10, 11]. В мае 2005 г. во Флоренции (Италия) состоялся первый международный симпозиум по нейробиоло-гии растений, на котором было представлено более 80 докладов исследователей из разных стран. Один из докладов на этом симпозиуме имел, например, следующее название: "Мозг растений: нейротрансмиттеры, нейрорегуляторы и нейро-токсины" [12].

В настоящей работе мы попытались выяснить, участвуют ли в трансдукции сигналов при действии нейространсмиттеров на водонагнетаю-щую функцию корня два важнейших унифицированных звена сигнальных систем - протеинкина-зы и протеинфосфатазы, использовав ингибитор протеинкиназ стауроспорин и ингибитор проте-инфосфатаз окадаевую кислоту. Протеинкиназы, как известно, катализируют реакции фосфорили-рования белков [6, 13-15], а протеинфосфатазы -обратные им реакции дефосфорилирования, возвращающие фосфорилированные белки в исходное состояние [6, 15-18].

МЕТОДИКА

Опыты проводили с отделенными корнями 57-дневных этиолированных проростков кукурузы (Zea mays L.), у которых длина зародышевого корня составляла 12-15 см. Лезвием безопасной бритвы в капле воды отсекали апикальную часть корня длиной 5 см, с которой в дальнейшем и вели работу. Интенсивность экссудации (Jw) измеряли методом, описанным в работе [19], в ультратермостате U-10 (Германия) при 30°С в течение как минимум 1 ч, снимая показания через каждые 20 мин. Для выравнивания температуры корни предварительно выдерживали в ультратермостате в течение 10 мин. Температурный коэффициент (Q10) интенсивности экссудации рассчитывали как отношение Jw при 30°С к Jw при 20°С. Осмотическое давление экссудата определяли микро-криоскопическим методом, используя осмометр Osmomat 030 ("Gonotec", Германия).

Движущую силу экссудации (корневое давление) определяли компенсационным методом, который был предложен Сабининым [20], а несколько позднее Максимовым [21]. В качестве осмотически действующего агента использовали ПЭГ с мол. м. 6000, который не проникает в клетки [22]. Осмотическое давление останавливавшего экссудацию раствора ПЭГ принимали равным суммарному корневому давлению (КД), а осмотическое давление экссудата (OP¡) - равным величине его осмотической составляющей. По разности между суммарным корневым давлением и его осмотической составляющей вычисляли метаболическую (неосмотическую) составляющую (МС) корневого давления:

МС = КД - OP¡.

Для подавления протеинкиназ применяли специфический ингибитор стауроспорин, а для подавления протеинфосфатаз - специфический ингибитор окадаевую кислоту.

Подбирали такие концентрации нейротрансмиттеров и окадаевой кислоты, которые в наибольшей степени стимулировали экссудацию контрольного варианта. В опытах со стауроспорином использовали концентрацию, замедлявшую экссудацию в контрольном варианте в среднем на 30%. В итоге было испытано действие 1 х 10-5 М адреналина, 1 х 10-5 М норадреналина, 5 х 10-7 М стауро-спорина, 2 х 10-9 М окадаевой кислоты.

Использовали гидротартрат норадреналина, стауроспорин и окадаевую кислоту производства фирмы "Sigma" (США) и гидрохлорид адреналина производства Московского эндокринного завода. Контролем служила отстоявшаяся водопроводная вода, на ней же готовили растворы всех реагентов.

Опыты проводили в 10-20 биологических по-вторностях с 8-9 образцами в каждой. Получен-

Таблица 1. Параметры экссудации отделенных корней кукурузы при действии адреналина и норадреналина

Вариант Jw, мкл/(см2 ч) OPi, кПа Q10 КД, кПа MC рН

кПа % от КД экссудата

Вода (контроль) 2.1 ± 0.1 (100) 230 ± 30 (100) 2.5 ± 0.2 (100) 500 ± 10 (100) 270 (100) 54 5.02

Адреналин, 1 х 10-5 M 2.7 ± 0.1 (129) 200 ± 10 (87) 2.9 ± 0.3 (116) 600 ± 10 (120) 400 (148) 67 5.03

Норадреналин, 1 х 10-5 M 2.8 ± 0.2 (133) 180 ± 20 (78) 3.0 ± 0.3 (120) 580 ± 20 (116) 400 (148) 69 5.29

Примечание. Jw - интенсивность экссудации, ОРi - осмотическое давление экссудата, Qlo - температурный коэффициент экссудации в интервале 20-30°С, КД - компенсационное (корневое) давление, МС - метаболическая составляющая корневого давления. В скобках указаны соответствующие величины в процентах от контроля.

ные данные обрабатывали с помощью компьютерной программы Microsoft Excel. В таблицах приведены средние арифметические величины и их среднеквадратичные отклонения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В соответствии с ранее полученными результатами [2-5], как адреналин, так и норадреналин стимулировали экссудацию отделенных корней кукурузы. В среднем стимуляция составляла 30% (табл. 1). При этом примерно в одинаковой степени (на 20%) возрастали Q10 интенсивности экссудации и компенсационное (к

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком