Главная » 2014 » Июль » 30 » Скачать Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений. Воденеев, Владимир Анатольевич бесплатно
5:48 AM
Скачать Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений. Воденеев, Владимир Анатольевич бесплатно
Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений
Диссертация
Автор: Воденеев, Владимир Анатольевич
Название: Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений
Справка: Воденеев, Владимир Анатольевич. Механизмы генерации и функциональная роль потенциалов возбуждения у высших растений : диссертация доктора биологических наук : 03.00.12, 03.00.02 / Воденеев Владимир Анатольевич; [Место защиты: Ин-т физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН] - Нижний Новгород, 2009 - Количество страниц: 252 с. ил. Нижний Новгород, 2009 252 c. :
Объем: 252 стр.
Информация: Нижний Новгород, 2009
Содержание:
Список сокращений и условных обозначений
Введение
Глава 1 Механизмы биоэлектрогенеза у высших растений в покое и при возбуждении
11 Механизм генерации потенциала покоя в клетках высших растений
111 Природа пассивной (диффузионной) компоненты мембранного потенциала
112 Природа злектрогенной (метаболической) компоненты мембранного потенциала
113 Эквивалентная электрическая цепь плазматической мембраны
12 Механизм генерации потенциалов действия у высших растений
Глава 2 Объект и методы исследования
21 Объект исследования
22 Методы исследования
221 Регистрация мембранного потенциала клеток
222 Внеклеточная (поверхностная) регистрация электрической активности
223 Дозированное изменение температуры и ее регистрация
224 Выделение фракции, обогащенной плазматическими мембранами, методом дифференциального ультрацентрифугирования
225 Определение АТФазной активности во фракции изолированных плазматических мембран
226 Определение величины рН и разности потенциалов на везикулах фракции плазматических мембран методом флуоресцентных зондов
23 Статистическая обработка результатов
Глава 3 Зависимость процесса генерации потенциалов действия в клетках стебля тыквы от величины метаболической компоненты мембранного потенциала
31 Особенности потенциалов действия, возникающих в клетках стебля тыквы в ответ на постепенное локальное охлаждение
32 Связь импульсной электрической активности клеток стебля тыквы с величиной метаболической компоненты мембранного потенциала
33 Генерация потенциалов действия в условиях исключающих возникновение пассивных потоков основных ПД-образующих ионов (СГи К+)
Глава 4 Анализ участия электрогенного насоса плазматических мембран в генерации фазы реполяризации потенциала действия
41 Зависимость скорости изменения мембранного потенциала от его величины во время генерации потенциала действия
42 Особенности формирования фазы реполяризации потенциала действия в средах с различным ионным составом
Глава 5 Анализ участия Н+-насоса плазматических мембран в формировании фазы деполяризации потенциала действия
51 Зависимость активности Н+-АТФазы плазматических мембран от концентрации ионов Са2+
52 Особенности формирования фазы деполяризации потенциала действия при действии ингибиторов и
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
АПд - амплитуда потенциала действия
БСА - бычий сывороточный альбумин
2,4-ДНФ - 2,4-динитрофенол
ДЦКД - М,М'-дициклогексилкарбодиимид
ПД - потенциал действия
ПМ - плазматическая мембрана
ТХУ - трихлоруксусная кислота
ТЭА - тетраэтиламмоний
ЭГТА - этиленгликоль-бис-(р-аминоэтил)-тетраацетат
ЭДТА- этилендиаминтетраацетат
ЭК - этакриновая кислота diS-C3-(5) - 3,3-ди-пропил-2,2-тиокарбоцианин
FITC - флуоресцеин изоцианат
Е0 - диффузионная компонента мембранного потенциала диффузионный потенциал)
Ек - К+-равновесный потенциал
Ет - мембранный потенциал
Ет* - уровень Ет в максимуме ПД
ЕР - электрогенная (метаболическая, активная) компонента мембранного потенциала
AU - внеклеточно (поверхностно) регистрируемая разность потенциалов
Введение:
Актуальность проблемы. Свойство возбудимости присуще всем живым организмам и необходимо для существования в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды. Одним из наиболее важных проявлений возбудимости является способность генерировать распространяющиеся электрические импульсы - потенциалы действия (ПД) - в ответ на разнообразные внешние факторы. ПД у высших растений являются не просто неким экзотическим феноменом, а выполняют важную физиологическую функцию, обеспечивая быструю связь между частями растительного организма (Davies, 1987; Опритов, 1998). В частности, ПД Играют существенную роль в предадаптации растений к неблагоприятным условиям окружающей среды (Ретивин и др., 1997), участвуют в процессе оплодотворения (Духовный, 1973) и т.д. В связи с важной ролью импульсной электрической активности в жизнедеятельности биологических объектов, механизмы процесса генерации ПД в возбудимых клетках давно привлекают внимание исследователей. К настоящему времени наибольшие успехи достигнуты при изучении механизмов этого процесса в нервных волокнах животных (Иост, 1975; Ходоров, 1975; Ohki, 1985) и гигантских по размерам клетках ряда водорослей (прежде всего, харовых) (Берестовский и др., 1973; Lunevsky et al., 1983; Kourie, 1994). Менее исследованным остается процесс генерации ПД в клетках высших растений.
Между тем, изучение природы распространяющегося возбуждения у высших растений важно не только для выявления особенностей этого процесса у данного объекта, но и для понимания эволюции механизмов генерации ПД в живых организмах в целом. Исследование природы ПД значимо также для раскрытия механизмов преобразования электрических сигналов в функциональный ответ у высших растений.
По существующим представлениям формирование фазы деполяризации ПД у высших растений сопряжено, в основном, с 7 выходящим из клетки по электрохимическому градиенту потоком ионов хлора (Abe, 1981; Samejima, Sibaoka, 1980; Опритов, Ретивин, 1982; Sibaoka, 1991). Что же касается фазы реполяризации импульсов, то её формирование связывают обычно с выходящим из клетки потоком ионов калия (Опритов, Ретивин, 1982; Ретивин, Опритов, 1986). То есть, согласно существующим представлениям, формирование ПД в клетках высших растений связано с пассивными потоками ионов, подобно тому, как это имеет место при генерации нервного импульса.
В то же время известно, что во время генерации импульса в клетках высших растений, в отличие от животных, имеет место значительное изменение концентраций основных ПД-образующих ионов (Опритов, Ретивин, 1982; Fromm, Spanswick, 1993; Fromm, Bauer, 1994). Однако при этом клетки высших растений могут генерировать не только одиночные импульсы, но и серии ПД (Духовный, 1973; Пятыгин, Опритов, 1988; Hodick, Sievers, 1988). Следует отметить, что при генерации серии импульсов временной интервал между ними меньше, чем время, необходимое для восстановления ионного гомеостаза (Ретивин, 1988). Это наводит на мысль о том, что электрогенный насос в клетках высших растений не только участвует в создании электрохимических градиентов основных ПД-образующих ионов (Opritov, Pyatygin, 1989), но и может принимать непосредственное участие в формировании ПД.
Цель и основные задачи исследования. Целью работы является изучение возможности непосредственного участия электрогенного насоса плазматических мембран (ПМ) в генерации ПД в возбудимых клетках высшего растения (тыквы Cucurbita реро L.). В связи с поставленной целью выполнялись следующие задачи:
• определение зависимости процесса генерации ПД от величины метаболической компоненты (ЕР) мембранного потенциала (Ет) в возбудимых клетках стебля тыквы; 8
• анализ участия электрогенного насоса ПМ в генерации фазы реполяризации ПД;
• обоснование возможности участия электрогенного насоса в формировании фазы деполяризации импульса.
Научная новизна. В ходе проведенного исследования показано, что способность генерировать ПД зависит от величины ЕР возбудимых клеток высших растений. Амплитуда ПД (АПд) прямо пропорциональна величине ЕР и не обнаруживает отчетливой зависимости от величины диффузионной компоненты (ED) Ет.
Впервые показана возможность генерации ПД клетками Cucurbita реро в условиях, исключающих возникновение пассивных потоков ПД-образующих ионов. При этом ПД формируются, по-видимому, при участии преимущественно электрогенного насоса ПМ.
Обнаружено, что фаза реполяризации ПД развивается в два этапа. Полученные данные свидетельствуют, что второй этап фазы реполяризации, обладающий высокой температурной чувствительностью, связан, вероятнее всего, с работой электрогенного насоса ПМ.
Показана принципиальная возможность участия электрогенного насоса ПМ в формировании фазы деполяризации ПД за счет его временной инактивации, вызванной повышением концентрации ионов Са2+ в цитозоле клеток высших растений в начальный момент возбуждения. Время инактивации Н+-насоса сопоставимо со временем формирования переднего фронта ПД в клетках объекта.
Предложена схема генерации ПД в клетках высших растений, учитывающая вклад в этот процесс наряду с пассивными ионными потоками переходного изменения активности электрогенного насоса ПМ.
Научно-практическое значение. Результаты работы углубляют понимание механизмов генерации ПД в клетках высших растений. Предложена схема генерации ПД у высших растений, учитывающая участие в этом процессе наряду с пассивными ионными потоками 9 переходного изменения активности электрогенного насоса. Предложенная схема генерации ПД способствует развитию представлений об эволюции механизмов возбуждения в живых организмах.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
1. Способность клеток высших растений генерировать ПД находится в прямой связи с величиной ЕР. В клетках Cucurbita реро возможна генерация ПД в условиях, исключающих возникновение пассивных ионных потоков.
2. Формирование фазы реполяризации ПД в клетках объекта происходит в два этапа, обладающих различной температурной чувствительностью. Первый этап фазы реполяризации формируется выходящим потоком ионов К+. Второй этап фазы реполяризации, больший по амплитуде, очевидно, формируется электрогенным насосом ПМ. Активный механизм формирования фазы реполяризации может компенсировать убыль или полное отсутствие пассивного механизма.
3. В формировании фазы деполяризации импульса, вероятно, принимает участие электрогенный насос плазмалеммы за счет временного снижения активности. Инактивация электрогенного Н+-насоса вызвана увеличением концентрации ионов Са2+ в цитозоле растительных клеток в начальный момент возбуждения. Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на 2-ом съезде биофизиков России (Москва, 1999), Международной конференции «Ксенобиотики и живые системы» (Минск,
2000), International Symposium «Signaling Systems of Plants Cells» (Moscow,
2001), Международной конференции молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2001), Международной конференции «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2001), а также на региональных конференциях.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано и направлено в печать 15 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав (включая обзор литературы), заключения, выводов и списка литературы. Изложена на 109 страницах, содержит 24 рисунка. Список цитируемой литературы включает 177 работ, из них 98 на иностранных языках.
