6.3.6.2. Закрывание устьиц.

Закрывание устьиц индуцируется понижением _Н2О, возрастанием концентрации АБК, увеличением концентрации CO₂ в клетке и деполяризацией плазмалеммы (рис. 6.59). Совокупность «участников» и последовательность событий, которые включены в процесс закрывания устьиц являются сложным комплексом взаимодействий, итогом которых становится выход из клеток К⁺, Cl^- и Н₂О. При закрывании устьица основная роль в передаче сигнала и регуляции активности К⁺_out и Cl^-_out – каналов принадлежит Са²⁺. Однако, протон также включен в регуляцию ионных потоков, как независимый вторичный мессенжер. Управление через обе сигнальные системы, где мессенжерами служат Са²⁺ и Н⁺, скоординировано между собой и с регуляцией каналов посредством фосфорилирования-дефосфорилирования. Механизм закрывания устьица разработан, главным образом, при изучении его ответа на АБК. Последовательность событий, которые происходят на плазмалемме, тонопласте и в цитоплазме и могут следовать друг за другом или совпадать по времени, представлена на схеме (рис. 6.61^*).

АБК (вне- или внутриклеточная - не установлено) связывается с неидентифицированным рецептором плазмалеммы и/или внутренних мембран (п1) и индуцирует увеличение концентраци Са²⁺ в цитозоле, открывая механочувствительный Са²⁺-канал, который активируется при гиперполяризации плазмалеммы (ПМ) (п2). Связывание АБК приводит также к активации G белков и образованию инозитол-1,4,5-трифосфата (IP₃), который активирует IP₃Са²⁺-каналы тонопласта и мембран эндоплазматического ретикулома (п3). Это приводит к дополнительному увеличению концентрации Са²⁺ в цитозоле (возможно возрастание до 1 мкМ) и появлению осцилляций (рис. 6.55 п.4). Выход Са²⁺ из вакуоли происходит также через медленный канал, открывающийся при деполяризации тонопласта (ТП) и активируемый Са²⁺/КаМ (п3) (см. раздел 4.3.2 Са²⁺-каналы). Этот канал неспецифичный и пропускает также калий. Высокая [Са²⁺]цит активирует открывание Са²⁺-зависимых Сl^--каналов плазмалеммы, которые регулируются через фосфорилирование-дефосфорилирование (п4а), и ингибирует Н⁺-АТФазы, плазмалеммы (п4б).

Параллельно, но независимо увеличивается рН цитозоля (п4в) (от величины покоя рН 7,3 до рН 7,5-7,7), чему способствует активация вакуолярной Н⁺-АТФазы (п4г). Еще одно следствие увеличения [Са²⁺]цит и возрастания рН цитозоля – инактивация К⁺-входного канала (VDК_inкан) ПМ (п5). Это не оказывает существенного влияния на закрывание устьица, но, видимо, ускоряет процесс.

Подщелачивание цитоплазмы и активация Cl^-_out канала ПМ деполяризуют мембрану, результатом чего является активация К _out-канал ПМ (п6). Причем, выход К⁺ поддерживается в течение продолжительного времени. Основная часть К⁺ и Cl^-, которые «покидают» замыкающие клетки, это ионы вакуолярного компартмента, которые транспортируются через цитоплазму к выходным каналам ПМ. Очевидно, основной поток К⁺, индуцируемый АБК, выходит через Са²⁺ активируемый, потенциал зависимый вакуолярный К⁺ канал (ВК⁺) (п7). Быстрый К⁺ канал (БВК⁺) вносит меньший вклад в выход калия из вакуоли (п7). Выход Cl^- через анионный канал ТП (п8) регулируется Са²⁺ зависимой протеинкиназой. Высвобождение К⁺ и Cl^- из вакули, а затем выход из замыкающей клетки приводит к потере воды, падению тургорного давления и закрыванию устьица.

Другие стимулы, такие как СО₂ и окислительный стресс также быстро индуцируют увеличение концентрации Са²⁺ в цитозоле замыкающих клеток и, видимо, механизм, обеспечивающий закрывание отдельного устьица, будет похожим.

До недавнего времени считали как должное, что все устьица одного листа ведут себя одинаково в одних условиях: все открываются утром или закрываются при водном дефиците. Но оказалось, что в интактном листе устьица часто демонстрируют поразительную пространственную и временную гетерогенность состояния открытости – закрытости. Это явление, названное «пятнистость устьичной проводимости», заключается в том, что небольшие «пятна» (участки поверхности листа) устьиц реагируют на стимул не так, как устьица на соседнем участке. Во времени те устьица, которые были закрыты, открываются и, наоборот, но предсказать их поведение невозможно. Такое кооперативное поведение пока не нашло удовлетворительного объяснения. Возможно, в его основе лежит механизм гидролитических взаимодействий, связанный с распределением в эпидермальных клетках воды, поступающей в лист по сосудам.