6.3.6.1. Откравыние устьиц.

Существует иерархия стимулов, запускающих процессы устьичных движений (открывание-закрывание), основанная на их значимости и степени воздействия. Главным является _Н2О и при недостатке воды устьице закрывается или не отурывается полностью. Стимулами, вызывающими расширение устьичной щели, являются синий свет, низкая концентрация СО₂ в самой замыкающей клетке, индолил-уксусная кислота (ИУК), действующая как внешний стимул, цитокинин (рис. 6.59). При естественном ходе событий утром синий свет приводит к открыванию устьиц. Устьичная щель увеличивается в ответ на единственный импульс синего света, который воспринимается зеаксантином (ЗеКс), входящим в состав пигментов светособирающего комплекса (рис. 6.60). Виолоксантин (неактивная форма)зеаксантин (активная форма) – основные составляющие ксантинового цикла. Соотношение их концентраций зависит от рН в люмене тилакоида, величина которого модулируется работой ЭТЦ, потреблением АТФ и НАДФН, фиксацией СО₂. Начинающийся на свету процесс фотосинтеза, включающий световые и темновые реакции, имеет следствием снижение рН в тилакоиде и снижение концентрации СО₂ в строме. Низкий рН способствует сдвигу реакции в сторону образования зеаксантина – рецептора синего света. Возможно такая многоступенчатая связь и лежит в основе механизма открывания устьица под действием низкой концентрации СО₂.

Уровень ответа на синий свет зависит от концентрации ЗеКс и числа поглощенных квантов синего света. Возбуждение ЗеКс является сигналом, который по неизвестному пока пути с участием вторичных мессенжеров передается в цитоплазму, где в результате активируется протеинкиназа «сер-тре»-типа. Активированная протеинкиназа фосфорилирует Н⁺-АТФазу плазмалеммы (см. рис. 6.14-I). К автоингибиторному участку С-конца неактивной Н⁺-АТФазы присоединяется фосфатная группа и 14-3-3-белок. Н⁺-АТФаза становится активной и, выкачивая протоны, гиперполяризует плазмалемму. Поступление калия идет через селективный потенциал-зависимый входной канал (VDK_inкан), который активируется при гиперполяризации мембраны (рис. 6.60). Кроме механизма сопряжения работы Н⁺-АТФазы с активаций входного К⁺-канала через гиперполяризацию, может действовать другой механизм регуляции, связанный с подкислением среды в апопласте за счет выкачивания Н⁺. В исследованиях на замыкающих клетках устьица (протопласты и снятый с листа эпидермис) показано, что снижение рН активирует К⁺ входные каналы плазмалеммы. Подкисление цитозоля в ответ на действие ИУК также активирует поступление К⁺ в замыкающие клетки. Таким образом, сенсор входного К⁺-канала (положительно заряженные гистидиновые остатки четвертого сегмента белка канала, см. рис. 6.18) реагирует на изменение апопластного и цитозольного рН. VDK_in-каналы, ответственные за поступление К⁺, индуцируемое синим светом, были идентифицированы у A. thaliana (КАТ1) и Solanum tuberosum (KST1). Оба канала высоко-селективны и сходны по их активности в замыкающих клетках и электрофизиологоческим характеристикам, и относятся к большому семейству К⁺-каналов Shaker типа (рис. 6.18). Вход Cl^- может идти через хлорный канал (Cl^-_inкан), но вероятнее осуществляется через механизм H⁺/Cl^- симпорта (рис. 6.60).

Параллельно с поступлением ионов в цитозоль происходит транспорт в вакуоль. На тонопласте имеется неспецифичный анионный канал, пропускающий Cl^-, малат^2- и NO₃^- (рис. 6.15), и несколько катионных каналов, которые в большей или меньшей степени специфичны к иону К⁺. Они одновременно пропускают Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и др. ионы и могут работать как в режиме out, так и in. О регуляции транспорта ионов в вакуоль при открывании устьиц пока известно мало. Можно предполагать, что эти каналы осуществляют поступление ионов из цитоплазмы в вакуоль в соответствии со своими электрофизиологическими характеристиками, степенью специфичности и потенциалом на мембране и становятся объектом регуляции только при закрывании устьиц. Поступление воды, по крайней мере в вакуоль, происходит через аквапорины (см. главу 5).