Методы изучения оксидативного стресса, АФК-сенсоры (рецепторы) в клетках растений. Классы кальций-связывающих белков и их физиологическая роль.

Возможные сенсоры стрессовых абиотических воздействий

В основе внутриклеточной сигнализации, обеспечивающей передачу сигналов молеку-

лярной природы, лежит единый первичный рецепторно-конформационный принцип: белковая молекула - рецептор узнает специфический для нее фактор и, взаимодействуя с ним, изменяет свою конформацию. Существуют три основных типа рецепторов, интегрированных во внешнюю клеточную мембрану: 1) рецепторы - ионные каналы; 2) рецепторы, ассоциированные с ферментами; 3) рецепторы, сопряженные с G-белками

Вещества, инициирующие трансмембранную передачу сигналов, активируют рецепторы, после чего активированный рецептор передает сигнал к внутриклеточным мишеням. Если эффекторным белком служит ионный канал, то модулируется проводимость этого канала. Если мишень, или эффекторный белок представлен ферментом, то сигнал модулирует (увеличивает или уменьшает) его каталитическую активность. Во всех случаях результатом будет изменение активности какой-то метаболической стадии либо цитоплазматической концентрации того или иного иона и, как следствие, возникновение клеточного ответа.Такие системы задействованы в передаче гормональных сигналов, а также сигналов патогенных элиситоров. Вобоих случаях идет речь о восприятии конкретного специфического вещества определенным белком-рецептором. В то же время, конкретные сенсоры, воспринимающие действие большинства абиотических стрессоров, до сих пор не известны . В настоящее время в качестве претендентов на роль сенсоров, воспринимающих абиотические стрессовые воздействия, обсуждаются в первую очередь различные сенсорные киназы и ионные (прежде всего, кальциевые) каналы, а также окислительные комплексы, содержащие электрон-транспортные компоненты.Сенсорные киназы. В восприятии растительной клеткой внешних воздействий участвуют двухкомпонентные системы, состоящие из сенсора сигнала и регулятора ответа. Такие

системы выявлены у прокариот (включая цианобактерии), грибов, растений и низших животных. Сенсорный компонент обычно представлен рецепторными формами гистидинкиназ или серинтреониновых протеинкиназ.Сенсор опознает сигнал, переходит в активированную форму и осуществляет фосфорилирование сопряженного с ним регулятора ответа, который либо сам взаимодействует с регуляторными участками генома и контролирует таким образом экспрессию генов, являясь по существу фактором транскрипции, либо регулирует функциональную активность других эффекторных белков. Для связывания Са2+ многие белки имеют в своей структуре универсальные специфические места. Наиболее широко распространенные это EF-hand мотив и С2 домен . EF-hand мотив встречается в паре, где единичный мотив связывает один Са2+. Однако константы диссоциации Са2+ различны и зависят от самого белка (10-7 и 10-5М для EF-hand ) и (10-6-10-3М) для С2 домена. Около 100 известных белков обладают С2 доменом. С2 домен и EF-hand не единственные места связывания Са2+. Например, аннексин - фосфолипид-связывающий белок на внутренней поверхности плазматической мембраны и связан с цитоскелетом. Са2+ каналы и Са2+АТРазы также имеют места связывания Са2+, отличные от С2 и EF-hand. Кальмодулин обнаружен почти во всех клетках животных и растений. Типичная животная клетка содержит более 107 молекул КМ, что соответствует почти 1% всего клеточного белка. КМ функционирует как многоцелевой внутриклеточный рецептор для Са2+, участвующий в большинстве процессов, регулируемых этими ионами. Взаимодействуя с КМ, Ca2+ может изменять активность около 100 ферментов. Тропонин С является изоформой КМ. Он присутствует в поперечно-полосатых мышцах, где регулирует взаимодействие между актином и миозином. Подобно КМ он имеет две пары Са2+- связывающих EF-hands, локализованных на противоположных концах пептидной цепи. Сродство этих участков к Са2+лежит в области 10-5 и 10-7М. Белок кальсеквестрин (2 кД) и другой Са2+-связывающий белок с высоким сродством к Са2+ (55 кД) локализуются во внутреннем объеме СР . Предполагают, что кальсеквестрин внутри терминальных цистерн СР связывает большую часть Са2+, поступающего в них при работе Са2+-АТРазы. Кальсеквестрин не только служит буфером для Са2+ внутри терминальных цистерн, но и концентрирует Са2+ около Са2+-каналов, увеличивая тем самым скорость освобождения Са2+.

Аналогичную буферную роль в ЭР немышечных клеток играет Са2+- связывающий белок - кальрегулин или кальретикулин