CC BY
29
ными индикаторами экологической чистоты окружающей среды и загрязнения ее тяжелыми металлами.
Экологическая чистая продукция пчеловодства - это такая продукция, которая в течение различных этапов ее прохождения (производство - переработка - хранение - потребление) соответствует установленным орга-нолептическим, общегигиеническим, технологическим и токсикологическим нормативам и не оказывают негативного действия на здоровье человека, животных и состояние окружающей среды [3].
Список литературы:
1. ГОСТ Р 52097-2003. Продукты пчеловодства. Минерализация проб для определения токсичных элементов: издание официальное / Введ. -2004-07-01. - М.: Государственный стандарт России, 2003. - 4 с.
2. Химический факультет МГУ Пчелы - индикаторы тяжелых металлов [Электронный ресурс] // Журнал «Химия и жизнь - XXI век». - Режим доступа: www.informnauka.ru/rus/2000/2000-04-25-03_r.htm.
3. Экспертиза продуктов пчеловодства. Качество и безопасность: учеб.-справ. пособие / Е.Б. Ивашевская, В.И. Лебедев, О.А. Рязанова и др.; под общ. ред. В.М. Позняковского. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. -208 с. - (Экспертиза пищевых продуктов и продовольственного сырья).
МЕХАНИЗМЫ СЕКРЕТОРНОГО ТРАНСПОРТА В КЛЕТКАХ РАСТЕНИЙ
© Сесорова И.С.*
Ивановская государственная медицинская академия Росздрава, г. Иваново
В статье обсуждаются основные гипотезы перемещения секреторных молекул из эндоплазматического ретикулума (ЭР) через комплекс Гольджи (КГ) и участие в этих процессах белков покрытия COPI, COPII, белков слияния - SNARE, цитоскелета. Предлагается механизм перемещения грузовых молекул через КГ по трубочкам, образующим временный континуум между структурами секреторного пути.
В последние годы достигнуты значительные успехи в изучении секреторного транспорта в клетках эукариот, однако единой гипотезы, объясняющей молекулярные механизмы перемещения молекул через КГ до настоящего времени не выработано. Механизмы секреторного транспорта в растительных клетках объясняются с позиции существующих для клеток млекопитающих ведущих моделей: «везикулярной» [10] и «созревания и прогрессии» цистерн [5].
* Доцент кафедры Анатомии человека им. Е.Я. Выренкова, кандидат биологических наук, доцент
Первоначальная версия модели «созревания и прогрессии» цистерн была сформулирована W. Franke (1971) после экспериментов с водорослью Pleurochrysis scheffelii, у которой после механического удаления чешуек с поверхности клетки, новые чешуйки начинали быстро формироваться внутри цистерн КГ и доставляться на клеточную поверхность [5]. Предполагалось, что они транспортировались, не покидая просвета постепенно созревающей и продвигающейся к транс полюсу цистерны. При этом новые цистерны КГ формировались на цис полюсе стопки из мембран прибывающих из ЭР, а цистерны на транс полюсе двигались к плазматической мембране и сливались с ней. Данная гипотеза была единственно возможным объяснением транспорта через КГ чешуек, размером более 1 мкм, что исключало возможность использования клеткой, в роли транспортных переносчиков, пузырьков, диаметром 60 нм. В более поздних исследованиях приводятся и другие факты в пользу модели «созревания и прогрессии цистерн». Например, в везикулах и окаймленных почках не был выявлен ни какой секретируемый продукт [4].
Тем не менее, в 80-е годы возникает универсальная и длительное время господствующая в клеточной биологии «везикулярная гипотеза», согласно которой предполагалась стандартная схема секреторного пути: сегрегация белков в цистернах ЭР; их перенос к стопке COPII везикулами; транспорт в пределах стопки COPI везикулами; сегрегацию белков в транс компартменте и их транспорт к поверхности клетки или вакуолярному компартменту клатриновыми везикулами [7].
Эксперименты на клетках цветковых растений выявили ряд фактов плохо согласующихся с «везикулярной» гипотезой. Одно из таких противоречий связано с тем, что стопка КГ растительных клеток весьма подвижна и перемещается вдоль цистерн ЭР со скоростью, достигающей 4 мкм/сек. При таких условиях везикулярный транспорт представляется мало эффективным. Было предложено несколько возможных сценариев. Первый основан на скачкообразных движениях стопок, разная динамика которых была показана в клетках листьев табака (быстрая и медленная, одно- и двунаправленная) [1]. По этому сценарию стопка КГ под действием определенного молекулярного сигнала останавливается напротив «выходного сайта» ЭР, где с помощью COPII генерируется везикула с секре-тируемым белком внутри, которая транспортируется к стопке миозином по актиновому филаменту. После получения карго стопка возобновляет движение [9]. Стимулом к отделению COPII покрытой почки от мембраны ЭР, как считают авторы, является присоединение стопки КГ с помощью белков матрикса к цистерне ЭР. С данной моделью плохо согласуются эксперименты по восстановлению флуоресценции после фотоотбеливания (FRAP), в которых на листьях табака было показано существование транспорта как в перемещающейся, так и в статичной стопке КГ. Кроме того, по-
казана возможность экспорта молекул всей поверхностью цистерны ЭР [12]. По мнению других авторов, существует мобильная «ЭР-Гольджи» секреторная единица, состоящая из стопки и «выходного сайта ЭР». Последний, постоянно перемещается по мембранам ЭР вслед за стопкой [2]. Эта модель основывается на наблюдениях близкой ассоциации Sari (молекулы, участвующей в образовании COPII покрытия) с мембранами ЭР и стопки КГ.
Обсуждается так же возможность участия в транспорте на участке ЭР-КГ белкового матрикса, который свяжет стопку с цистерной ЭР и будет некоторое время препятствовать обратному дрейфу стопки от экспортных участков [8]. Однако возможного молекулярного сценария такого взаимодействия пока не существует.
Такими же дискуссионными являются гипотезы перемещения секре-тируемых молекул через стопку КГ. Согласно «везикулярной» гипотезе молекулы перемещается через цистерны стопки в COPI производных везикулах. Выделенные из Arabidopsis и химически охарактеризованные белковый комплекс COPI и малая ГТФаза - Arf, привели к мнению о существовании функционально активных и регулируемых COPI везикул в растительных клетках [11]. Кроме того, недавно были описаны в клетках Arabidopsis два вида морфологически различных везикул, идентифицированных авторами как COPIa и COPIb [3]. Авторы считают, что везикулы COPIa отвечают за ретроградный транспорт на участие КГ-ЭР, а COPIb -на участке между медиальной, транс цистернами и транс сетью КГ [13]. Однако если существование COPI везикул не вызывает сомнения, то морфологических доказательств их участия в транспорте не достаточно.
В последнее время обсуждается возможность передвижения секреторных молекул по мембранным трубочкам, соединяющим различные структуры транспортных путей растительных клеток.
О существовании мембранных соединениях между цистернами указывалось еще в ранних исследованиях КГ клеток растений. Однако данные наблюдения не связывались с секреторным транспортом, да и само существование трубочек не представлялось очевидным. В начале XXI века вновь возникают гипотезы, основанные на перемещении секреторных молекул по мембранным трубочкам [14]. Были опубликованы сообщения о существовании прямой мембранной связи между ЭР и КГ в растительных клетках, окрашенных йодистым цинком и тетраоксидом осмия [6]. Однако ряд авторов продолжает считать структурную взаимосвязь между ЭР и КГ не очевидной [11].
В наших исследованиях мы продемонстрировали на ультратонких срезах клеток меристемы кончика корня гороха посевного (Pisum sativum) тубулярные соединения между цистернами ЭР и цис цистерной КГ. Эти данные были подтверждены электронной томографией и полученными на
ее основе трехмерными реконструкциями изображения. Кроме того, нами выявлены многочисленные тубулярные соединения между: медиальными цистернами стопки; медиальными и транс цистернами; медианными и/или транс цистернами и вакуолярным компартментом. Тубулярные соединения в структуре секреторного пути не являются постоянными, хотя, вероятно, могут существовать некоторый, возможно, достаточно длительный промежуток времени, что клетке более «выгодно» т.к. актин-миозиновый транспортный механизм АТФ - зависимый процесс, а значит, затратный. О временном характере тубулярных связей свидетельствуют зафиксированные нами разные фигуры КГ, вероятно, демонстрирующие различные этапы секреторного транспорта. Так, на большинстве электроннограмм наблюдаются типичные стопки КГ с единичными округлыми профилями. Однако, наряду с этим, встречаются и стопки с тубулярными соединениями на разных уровнях, напоминающие сетчатую структуру.
На мембранах латеральной поверхности стопки и транс мембранах КГ растительных клеток формируются окаймленные почки. Однако в наших исследованиях мы не обнаружили свободных окаймленных везикул среди немногочисленных округлых профилей, ассоциированных со стопкой. Этот факт ставит под сомнение их участие в секреторном транспорте, как предполагает «везикулярная модель».
Таким образом, нам представляется более вероятным секреторный транспорт грузовых молекул через КГ по трубочкам, как предполагали А. Trucco с соавт. (2004) и ряд других авторов. Тем не менее, нам так и не удалось продемонстрировать прямые мембранные связи между ЭР и ва-куолярным компартментом и между диктиосомой и плазматической мембраной, что может быть связано с большим количеством свободных рибосом, заполняющих матрикс и маскирующих мембранные органеллы клетки. Однако мы предполагаем, что названные соединения так же формируется.
Существование мембранных трубочек наилучшим образом объясняет имеющиеся в литературе экспериментальные противоречия. В этом случае схема секреторного транспорта в клетках высших растений может выглядеть следующим образом. Транспортируемый белок, SNARE и другие белки концентрируется в определенных участках ЭР с помощью COP II, формируя COP II покрытую почку. За счет актин - миозинового взаимодействия почка перемещается в сторону первой цистерны КГ с формированием трубочки, которая при достижении цистерны сольется с ней при помощи SNARE-белков. Данное слияние может служить стимулом для образования тубул между цис- и медиальными цистернами КГ, по которым карго достигает последней медиальной или/и транс цистерны КГ, где сегрегируется в почках, покрытых клатрином. Далее «почка» снова захватывается миозиновым «двигателем» и начинает движение к поверхности клетки или превакуолярному компартменту или вакуоле. Часть белков мо-
жет непосредственно из ЭР, минуя стопку, перемещаться к транс цистерне или вакуолярному компартменту.
Таким образом, вероятнее всего, в растительных клетках секреторный транспорт осуществляется по тубулярным соединениям, представляющим собой временный континуум между структурами секреторного пути. При этом диктиосомы КГ в клетке сохраняет свою структурную и функциональную независимость, определенный ферментный состав и другие физико-химические показатели.
Список литературы:
1. Boevink P., Oparka K., Santa-Cruz S., Martin B., Betteridge,A., Hawes C. Stacks on tracks: the plant Golgi apparatus traffics on and actin / ER network // Plant J. - 1998. - V. 15. - Р. 441-44.
2. daSilva L.L.P., Snapp E.L., Denecke J., Lippincott-Schwartz J., Hawes C., Brandizzi F. Endoplasmic reticulum export sites and Golgi bodies behave as single mobile secretory units in plant cells // Plant Cell. - 2004. - V 16. - P. 17531771.
3. Donohoe, B.S., Kang, B-H., Staehelin, L.A. Identification and characterization of COPIa- and COPIB-type vesicle classes associated with plant and algal Golgi // PNAS. - 2007. - V. 104. - P. 163-168.
4. Farquhar M.G., Palade G.E. The Golgi apparatus (complex) - (1954-1981)
- from artifact to center stage? // J. Cell Biol. - 1981. - V 91. - P. 77-103.
5. Franke W.W., Morre D.J., Deumling B., Cheetham R.D., Kartenbeck J., Jarasch E.D., Zengtraf H.W. Synthesis and turnover of membrane protein in rat liver: an examination of the membrane flow hypothesis. Z. Naturforsh. B. -1971. - V 25. - P. 1031-1039.
6. Harris N., Oparka K. Connections between dictyosomes, ER and GERL in cotyledons of mung bean (Vigna radiata L) // Protoplasma. - 1983. - V 114.
- P. 92-102.
7. Letourneur F., Gaynor E.C., Hennecke S., Demolliere C., Duden R., Emr S.D., Riezman H., Cosson P. Coatomer is essential for retrieval of dilysine-tagged proteins to the endoplasmic reticulum // Cell. - 1994. - V. 79. - P. 11991207.
8. Latijnhouwers M., Hawes C., Carvalho C., Oparka K., Gillingham A.K., Boevink P. An Arabidopsis GRIP domain protein locates to the trans-Golgi and binds the small GTPase ARL1 // Plant J. - 2005b. - V. 44. - P. 459-470.
9. Nebenfuhr A., Gallagher L.A., Dunahay T.G., Frohlick J.A., Mazuk-iewicz A.M., Meehl J.B., Staehelin L.A. Stop and go movements of plant Golgi stacks are mediated by the acto-mysin system // Plant Physiol. - 1999. - V. 121.
- P. 1127-114.
10. Palade G. Intracellular aspects of the process of protein synthesis // Science. - 1975. - V. 189. - P. 347-358.
11. Richter S., Geldner N., Schrader J., Wolters H., Stierhof Y-D., Rios G., Robinson D., Jurgens G. Functional diversification of closely related ARF-GEFs in protein secretion and recycling // Nature. - 2007. - V 448. - P. 488-493.
12. Robinson D.G.., Herranz M-C., Bubeck J., Peppercock R., Ritzenthaler C. Membrane dynamics in the early secretory pathway // Crit Revs Plant Sci. -2007. - V 26. - P. 199-225.
13. Stefano G., Renna L., Hanton L., Chatre L., Haas T.A., Brandizzi F. ARL1 plays a role in the binding of the GRIP domain of a peripheral matrix protein to the Golgi apparatus in plant cells // Plant Mol Bio. - 2006. - V. 61. -P. 431-449.
14. Trucco A., Polishchuk R.S., Martella O., Di Pentima A., Fusella A., Di Giandomenico, Pietro E., Beznoussenko G.V, Polishchuk E.V., Baldassarre M., Buccione R., Geerts W.J., Koster A.J., Burger K.N.J., Mironov A.A., Luin A. Secretory traffic triggersthe formation of tubular continuities across Golgi sub-compartments // Nat Cell Biol. - 2004. - V 6. - P. 1071-1081.
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ГОМОЛОГОВ ОСНОВНОГО АКТИНА И а-АКТИНА 1 РАЗЛИЧНА
© Соколик В.В.*
Институт неврологии, психиатрии и наркологии АМН Украины, Украина, г. Харьков
Разработан новый способ моделирования пространственной структуры белка по детерминирующей его нуклеотидной последовательности. Вводится понятие конфигурации пептидной связи в качестве основного, кодируемого в геноме наряду с аминокислотами, элемента пространственной структуры белка. Представлена таблица генетического кода пространственной структуры белка, используя которую можно построить персональный структурный шаблон последовательности конфигураций пептидных связей белка, а также декодировать наличие и положение фрагментов его вторичной структуры. Установлена различная пространственная структура для основного актина и а-актина 1 с 91 % идентичностью аминокислотных последовательностей и всего лишь с 35 % схожести последовательностей конфигураций пептидных связей.
В настоящее время алгоритмы моделирования пространственной структуры белка исходят из его аминокислотной последовательности [1].
* Старший научный сотрудник лаборатории Биохимии и иммунологии, кандидат биологических наук, заместитель руководителя лаборатории
