Одной из функций белков, синтезирующихся в растениях при гипотермии, в частности, при действии отрицательных температур, является препятствование процессу льдообразования. Хотя, как было отмечено выше, в основном снижение температуры начала льдообразования происходит за счет накопления в растительной клетке сахаров в результате усиления синтеза и повышения активности соответствующих ферментов, в растительных клетках при гипотермии происходит также и синтез специфических белков, непосредственно влияющих на температуру начала льдообразования и рост ледяных кристаллов.
Способность контролировать внеклеточное образование льда во время замораживания является критической для выживаемости толерантных к замораживанию растений. Антифризные белки, которые являются белками, способными тормозить рост кристаллов льда, недавно были отождествлены как самые распространенные апопластные белки в листьях акклиматизированной к холоду озимой ржи. Сравнения амино-терминальных последовательностей, иммуно-перекрестной реактивности и ферментативной активности показали, что эти антифризные белки сходны с членами трех классов белков, относящихся к патогенезу, а именно, с эндохитиназами, эндо-бета– 1,3– глюканазами и тауматин-подобными белками. Апопластные эндохитиназы и эндо-бета–1,3–глюканазы сильно индуцируются патогенами в чувствительном к замораживанию табаке и не обладают антифризной активностью. Полученные данные позволяют предлагать, что в патогенез-связанных белках могли развиться тонкие структурные различия, которые позволили этим белкам получить возможность связываться со льдом.
В листьях озимой ржи наблюдался синтез белка, продуцируемого эндогенно и выделяющегося в вакуоли и межклеточное пространство, который значительно изменял картину роста ледяных кристаллов и понижал температуру замерзания раствора. В дальнейшем этими же авторами из апопласта листьев озимой ржи были выделены шесть антифризных белков, обладающих способностью абсорбироваться на поверхности льда и подавлять рост кристаллов. Антифризные белки ржи накапливались во время холодовой акклиматизации и сходны с растительными белками, связанными с патогенезом, включая два эндоглюканазоподобных, два хитиназоподобных и два тауматинподобных белка. Иммунолокализация эндоглюканазоподобных белков показала, что они накапливаются на межклеточной поверхности клеточных стенок мезофилла, в опектиненных районах, во вторичных клеточных стенках ксилемных сосудов и в эпидермальных клеточных стенках. Поскольку антифризные белки ржи локализованы в местах, где возможен их контакт со льдом, они могут выполнять функцию барьера на пути распространения льда или подавлять рекристаллизацию льда. Антифризные белки, сходные с патогенез-связанными белками, были также обнаружены в других видах трибы Triticae, но не у морозоустойчивых двудольных растений. Было установлено, что у озимой пшеницы накопление антифризных белков и развитие холодоустойчивости регулируются пятой хромосомой.
Синтез значительного количества апопластных белков с молекулярными массами от 15 до 109 кДа наблюдался в процессе повышения морозоустойчивости озимой ржи. Для определения того, является ли накопление этих антифризных белков общим явлением для травянистых растений, были исследованы антифризная активность и общее содержание белка в экстракте апопласта листьев ряда видов растений, растущих при низких температурах, включая как однодольные, так и двудольные. Белки апопласта разделялись SDS-ПААГ электрофорезом и с помощью иммуноблоттинга определялось, действительно ли растения отвечают на низкие температуры накоплением белков, связанных с патогенезом. Полученные результаты показывают, что значительны уровень антифризной активности присутствовал только в апопласте морозоустойчивых однодольных растений после холодовой акклиматизации при 5,20С. Более того, во время холодовой акклиматизации только тесно связанная группа растений – рожь, пшеница и ячмень – накапливали антифризные белки, сходные со связанными с патогенезом белками. При этом накопление антифризных белков является специфическим ответом, который может быть скорее важен в холодоустойчивости некоторых видов растений, чем как общи ответ всех растений на низкотемпературны стресс.
Прочие статьи:
Вопрос 2
День 21 сентября (8 сентября по старому стилю) 862 г., приходящийся на Праздник Рождества Пресвятой Богородицы, считается днём начала Русского государства. Так обозначено на памятнике Тысячелетия Руси (скульптора М. Микешина), воздвигнуто ...
Обитатели трухлявых пней
Исследования в США, Великобритании и Франции, а начиная с 1946 года и в нашей стране, показали, что в природе хищные грибы отнюдь не редкость. Например, они всюду встречаются в почве, компосте и трухлявых пнях - словом, там, где происход ...
Биосинтез белка
Вся информация о структуре того или иного белка «хранится» в соответствующих генах в виде последовательности нуклеотидов и реализуется в процессе матричного синтеза. Сначала информация с помощью фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы перед ...