Билет 8.
Связывание гормона с поверхностным рецептором — это начало передачи (трансдукции) сигнала. Молекула гормона должна образовать комплекс с рецепторной частью сенсорного белка, поэтому для каждого гормона нужен свой рецептор. Поступивший сигнал (присутствие гормона) с помощью вторичных мессенджеров многократно усиливается и передается на системы клеточного ответа (аденилатциклазная, МАР-киназная, фосфатидатная, кальциевая, липоксигеназная и др.). Ответной реакцией является активация определенного гена и синтез кодируемого им белка, что вызывает начало роста, его прекращение или дифференцировку клетки.
Вторичные мессенджеры (сигнальные молекулы) позволяют многократно усиливать первичный регуляторный сигнал. Рецепторный белок мембраны воспринимает гормональный сигнал и переводит на язык метаболитических реакций. Общим принципом передачи любой информации в клетке, как наследственной, так и оперативно регулирующей и управляющей, является обязательность ее трансдукции (преобразования) на каждом этапе. Существуют два основных механизма трансдукции гормонального сигнала в клетку. При первом гидрофобный гормон (стероидный, иодтиронин, активированные витамины А и D) проникает через плазматическую мембрану, а затем через цитозоль в ядро, где образует комплекс с ядерными рецепторами и в результате изменяет матричные синтезы. При втором гормон-рецепторный комплекс образуется на наружной поверхности плазматической мембраны. Пути трансд. сигнала: условное разделение и фактическое. После связывание гормонов с рецептором формируется конформационный сигнал, в результате которого рецепторы образуют комплекс с прочносвязанными мембранными ГТФ-зависимыми белками. 1 ГТФ-зависимая белка взаимодействует с 1 молекулой эффектора (фермента). В системе передачи сигнала особая роль отводится ионам Ca. Ca взял на себя роль вторичного мессенджера активируя протеинкиназу. Как и у животных, передатчиками сигнала (вторичными посредниками) у растений могут служить каскады протеинкиназ/протеинфосфатаз, фосфоинозит, диацилглицерин, фосфатидные и жирные кислоты, кальций, циклические нуклеотиды, оксид азота, перекись водорода. Конечной мишенью фитогормонов в клетке являются гены.
Билет 9.
Для того чтобы гормон мог вызвать ответную реакцию клетки, нужен соответствующий рецептор.
Ауксин, соединяясь с рецептором, активирует протонный насос. В результате увеличивается выброс ионов водорода из клетки в периплазматическое пространство и происходит подкисление клеточной стенки. Благодаря обратному транспорту ионов кальция активируются ферменты, разрыхляющие стенку, которая становится более эластичной и под влиянием тургорного давления растягивается. Для ее роста необходимы полисахариды. Помимо влияния на мембранном уровне ИУК активирует экспрессию различных групп генов, которые кодируют ферментные белки, участвующие в деградации и новообразовании клеточной стенки. Растяжение клеточной стенки сопровождается включением в ее состав вновь синтезированных веществ.
В последние годы открыты рецепторы этилена и цитокининов, которые по своей структуре оказались очень близкими. Открытие этих рецепторов стало возможным, во-первых, благодаря получению мутантных растений арабидопсиса, не реагирующих на эти гормоны, и, во-вторых, благодаря полному секвенированию генома этого растения. Секвенирование — это определение первичной последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. Арабидопсис итальянский — небольшое высшее растение, имеющее очень маленький геном (всего лишь 5 пар хромосом) и короткий жизненный цикл. Его используют в качестве модельного растения и иногда называют «растительной дрозофилой». Последнее название указывает на огромные преимущества этого объекта перед другими, традиционно используемыми учеными для изучения фундаментальных проблем экспериментальной биологии.
Рецепторы этилена и цитокининов представляют собой специальные ферменты гистидинкиназы (фосфотрансферазы. Это ферменты, способные переносить остатки фосфорной кислоты на гистидин белка. Обычно в качестве донора фосфатной группы используется АТФ.
Гистидинкиназа, являющаяся рецептором цитокининов, представляет собой высокомолекулярный (120 кДа) трансмембранный белок. Внешняя (внеклеточная) ее часть взаимодействует с цитокинином, а внутренняя (внутриклеточная) — отвечает на это взаимодействие фосфорилированием гистидина Н459 (т. е. гистидина, занимающего в полипептидной цепи 459-е место от ее N-конца). Далее остаток фосфата с гистидина переносится на остаток аспартата D973 располагающийся в С-концевой области этого белка. Затем активный фосфат способен переходить через посредники (мессенджеры) на другие белки-регуляторы ответа (RR-белки), ответственные за активность соответствующих генов. Регулятор ответа активизируется и активирует (или репрессирует) соответствующие группы генов, что стимулирует (или ингибирует) синтез определенных ферментов. Начало или окончание синтеза определенного белка и является ответной реакцией на действие гормона.
Рецептор этилена тоже является гистидиновой протеинкиназой. Его открытию помогло обнаружение в клетках мутантных растений арабидопсиса гена ЕТR1 (англ. Ethylene-resistant 1), кодирующего рецептор этилена. Опыты с дрожжевыми клетками показали, что, получив этот ген, клетки начинают связывать этилен.
Рецептор этилена представляет собой белковую молекулу, полипептидная цепь которой содержит 3 гидрофобных участка, следовательно, она трижды пересекает плазмалемму. N-конец этой цепи находится в периплазматическом пространстве клетки (внеклеточная часть) и к нему присоединяется этилен. Связыванию этилена с рецептором способствуют ионы меди. С-конец этой цепи находится в цитозоле. Результатом восприятия сигнала является фосфорилирование остатка гистидина цитозольного конца. Затем фосфатный остаток переносится на остаток аспарагиновой кислоты RR-белка.