7.3.3.3. Фототропин — мембранный рецептор синего света
В 1995 г. был изучен первый мутант арабидопсис из серии поп phototropic hypocotyl — nphl. У мутанта нарушен только фототропический ответ (как положительный, так и отрицательный), но не нарушены другие светозависимые реакции (деэтиоляция, циркадные ритмы и т.д.). Белок был назван фототропином 1 — PHOT 1, или NPH 1 — по названию мутации.
Фототропин — ассоциированный с мембраной белок, хотя в его аминокислотной последовательности нет протяженных гидрофобных участков. Очевидно, он входит в мембранные белковые комплексы. В последовательности фототропина 1 можно выделить два LOV-домена (light—oxygen—voltage) (рис. 7.32). Они встречаются в рецепторных белках, ответственных за фототропизм, хемотропизм (по градиенту кислорода или редокс-потенциала) и потенциалза-висимые мембранные процессы. In vitro фототропин 1 связывает ФМН, причем каждый LOV-домен связывает только одно флавиновое ядро. Очевидно, в клетке также происходит связывание ФМН. По-видимому, фототропин 1 является протеинкиназой, т. е. участвует в каскаде фосфорилирования. После кратковременного освещения белок PHOT 1 на освещенной стороне фосфорилируется больше, чем на теневой. Это ведет к быстрому первичному изгибу. У Arabidopsis найден и другой белок — фототропин 2 (PHOT 2). Он немного короче, чем PHOT 1, но при нарушении его работы фототропизм также пропадает. Предполагают, что в мембране оба фототропина образуют гетеродимер, и нарушение работы как PHOT 1, так и PHOT 2 вызывает распад активного комплекса и нарушение фототропизма.
Рис. 7.32. Структура фототропина:
1 — фотоактивация синим светом одного из двух флавиновых ядер; 2 — передача возбуждения в
форме изменения конформации на киназный домен; 3 — фосфорилирование вторичных мес-
сенджеров; 4 — функциональные домены белковой части фототропина
Мутанты по криптохромной системе (cry1 и/или cry2) обладают первичными реакциями фототропизма, однако у них снижена амплитуда фототропического ответа. Того же эффекта можно добиться нарушением гена фитохрома А. Это означает, что фито- и криптохромная системы нужны на поздних стадиях фототропического ответа, но направление изгиба определяют фототропины 1 и 2.
7.3.3.4. Суперхром — «кентавр с головой фитохрома и туловищем фототропина»
У папоротника Adiantum capillus-veneris был найден ген, гомологичный как фитохромам, так и фототропинам. Выделенный in vitro белковый продукт этого гена связывает фитохромобилин и показывает К/ДК-обратимость. Наличие LOV-доменов заставляет предположить, что он связывается также и с ФМН. «Двойной» фоторецептор был назван суперхромом. Как и фототропин, суперхром обладает протеинкиназной активностью.
Таким образом, если у одних растений фототропин взаимодействует с фитохромами опосредованно, то у Adiantum проблема взаимодействия красного и синего световых сигналов решена на уровне «гибридного» фоторецептора.