8.2.3.3. Протеазы и убиквитины

При обезвоживании клеток, несмотря на действие протекторных соедине­ний и шаперонов, часть клеточных белков подвергается денатурации. Денату­рированные белки должны быть гидролизованы. Эту функцию выполняют про­теазы и убиквитины, экспрессия генов которых также индуцируется стрессо­выми условиями. Убиквитины представляют собой низкомолекулярные (8,5 кДа) высококонсервативные белки. Присоединяясь к N-концу денатурированного белка, они делают белок доступным для действия протеаз (см. рис. 8.9). Таким путем осуществляется селективная деградация денатурированных белков.

8.2.3.4. Аквапорины

Трансмембранное движение воды происходит в основном через водные ка­налы, образованные белками аквапоринами (см. рис. 8.9, а также подразд. 5.6). За счет изменения числа водных каналов в мембране и их проводимости осу­ществляется быстрая регуляция трансмембранных потоков воды, это особенно

важно при водном дефиците. Показано, что поглощение воды клетками в от­вет на увеличение внутриклеточных концентраций осмолитов, сопровождаю­щееся восстановлением ОСВ и тургора при засухе, происходит через водные каналы. В A. thaliana водный дефицит индуцировал экспрессию гена RD28, ко­торый кодирует аквапорин, локализованный в плазматической мембране. Гены, кодирующие аквапорины, идентифицированы в М. crystallinum. Показано, что количество транскриптов этих генов коррелирует с тургорным давлением в клетках листьев М. crystallinum при действии на растение соли в высоких кон­центрациях. После обработки растений хлористым натрием число транскрип­тов в период снижения тургорного давления уменьшалось. В последующем оно увеличивалось по мере того, как в клетках накапливались осмолиты и восста­навливался тургор. Возросшая концентрация транскриптов в клетках активи­ровала трансляцию. Увеличение содержания аквапоринов в мембране и их пос­ледующая активация приводили к возрастанию водной проводимости ПМ и, соответственно, к увеличению потока воды в клетку в период восстановления тургора. Во время засухи содержание аквапоринов возрастает не только в ПМ, но и в тонопласте. Это способствует увеличению водной проводимости тоноп-ласта, что также, по-видимому, необходимо для восстановления ОСВ и тургорного давления.

Изменение активности уже существующих в мембране водных каналов иг­рает важную роль в регуляции водной проводимости мембран при стрессах. Одним из механизмов такой регуляции является фосфорилирование и дефосфорилирование аквапоринов. Фосфорилирование приводит к активации, а дефосфорилирование соответственно к снижению активности водных ка­налов.

8.2.4. Защитные и регуляторные функции белков, индуцируемых водным дефицитом

Из множества белков, появление которых в клетках растений вызвано вод­ным дефицитом, одни вовлечены в формирование механизмов устойчивости непосредственно, тогда как другие участвуют в регуляции экспрессии генов, индуцируемых стрессором. В соответствии с этим гены, экспрессируемые в ра­стениях при водном стрессе, подразделяют на функциональные и регуляторные. Первая группа включает гены, которые отвечают непосредственно за форми­рование механизмов устойчивости, т.е. биосинтез аквапоринов, образующих водные каналы, ферментов, требующихся для биосинтеза осмолитов (пролина, глицин-бетаина, многоатомных спиртов и др.), белков, которые защища­ют макромолекулы и мембраны (Lea-белков, шаперонов и др.), протеаз и убиквитинов, ускоряющих белковый обмен в стрессовых условиях, а также фер­ментов, участвующих в детоксикации (супероксиддисмутаза, аскорбатпероксидаза,

глутатион-Б-трансфераза и др., см. гл. 4 и подразд. 8.6.2).

Вторая группа содержит гены белков, которые участвуют в передаче сигна­ла при экспрессии других генов, формирующих механизмы устойчивости, та­ких, например, как гены протеинкиназ, фосфолипазы С и 14-3-3-белков. К этой группе относятся гены транскрипционных факторов, которые «узнают» ДНК-элементы в генах, экспрессируемых при стрессе.