Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Поглощение калия корневыми системами пшеницы в области его низких внешних концентраций

Диссертация: Поглощение калия корневыми системами пшеницы в области его низких внешних концентраций
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В настоящее время известно, что на цитоплазматической мембране растительных клеток присутствует катионстимулируемая АТФаза, которая принимает участие в выбросе протонов из клетки за счет энергии гидролиза АТФ. Н±АТФаза, о которой идет речь, относится к Е1Е2 типу. Биохимические исследования последних лет показали, что каталитическая субъединица фермента представляет собой одиночный полипептид… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. Обзор литературы
    • 1. 1. ГГ-АТФаза
    • 1. 2. Транспорт К+: механизмы сопряжения
    • 1. 3. Регуляция поглощения К+
    • 1. 4. Молекулярные механизмы транспорта калия
      • 1. 4. 1. НКТ
      • 1. 4. 2. НуНАК
      • 1. 4. 3. АШЛ
    • 1. 5. Постановка проблемы исследования
  • ГЛАВА 2. Материалы и методы
    • 2. 1. Подготовка растительного материла
    • 2. 2. Исследование кинетики транспорта ионов
    • 2. 3. Определение содержания общего белка в тканях корня
    • 2. 4. Выделение мембранных препаратов и ДСН-электрофорез белков мембранной фракции
  • ГЛАВА 3. Результаты и их обсуждение
    • 3. 1. Кинетика поглощения калия корневыми системами растений
    • 3. 2. Математическая модель транспорта калия
    • 3. 3. Влияние предобработки растений повышенной
  • Список сокращений и обозначений
  • МОПС — 3-(Ы-морфолино)пропансульфоновая кислота,
  • ФМСФ — фенилметансульфонилфторид,
  • ТРИС — трис (гидроксиметил)аминометан,
  • ЭДТА — этилендиаминтетрауксусная кислота,
  • ДСН — додецилсульфат натрия,
  • БСА — бычий сывороточный альбумин,
  • ЦТ — циклогексимид,
  • ФЦ — фузикокцин,
  • HATS — высокоаффинная транспортная система (от англ. high affinity transport system),
  • LATS — низкоаффинная транспортная система (от англ. low affinity transport system),
  • Aq> — трансмембранная разность электрических потенциалов, AjutT — трансмембранная разность электорохимических потенциалов ионов водорода

Поглощение калия корневыми системами пшеницы в области его низких внешних концентраций (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Калий является одним из самых необходимых элементов минерального питания растений. Его содержание в тканях поддерживается на уровне 1.5 — 2% (Glass, 1988), а в некоторых случаях может достигать 6% (Raven et al., 1976) в расчете на сухую массу. Внутри растения калий распределяется очень неравномерно, например в ксилемном соке его концентрация составляет приблизительно 3−4 мМ, цитоплазме — 100 — 150, вакуолях — 60 — 190, флоэме — 100 и хлоропластах листьев растений 100 мМ (Flowers and Lauchli, 1983). В растительной клетке калий сосредоточен главным образом в двух резервуарах: цитоплазматическом и вакуолярном. Оказалось, что в цитоплазме поддерживается более постоянный уровень калия, чем в вакуолях (Leigh and Wyn Jones, 1984). Установлено, что при дефиците этого катиона происходит его перераспределение из вакуолярного резервуара в цитоплазматический (Walker et al., 1996). Этот факт подчеркивает функциональную роль калия в стабилизации метаболических процессов, протекающих в цитоплазме. Ионы калия вносят основной вклад в поддержание внутриклеточного pH, мембранного и осмотического потенциалов, тургорного давления (Ford and Wilson, 1981), а также выступают в качестве активаторов ферментативных систем (Evans and Sorger, 1966; Suelter, 1970).

Важная роль калия в метаболизме растительной клетки привлекла внимание исследователей к изучению механизмов его поглощения, внутриклеточного и межклеточного транспорта. Было установлено, что корни растений способны поглощать калий даже из растворов с 6 микромолярным содержанием этого катиона. Кинетические исследования показали наличие в растении двух механизмов транспорта калия (Epstein, 1966, 1976; Epstein et al., 1963). Первый механизм действует в области низких концентраций (до 500 мкМ), имеет высокое сродство к ионам калия и зависит от метаболической энергии. Второй — функционирует в диапазоне концентраций выше 500 мкМ и проявляет черты, противоположные первому механизму, а именно: низкое сродство к ионам калия и слабую зависимость от метаболической энергии. Было высказано предположение, что при низком содержании калия в растворе его транспорт осуществляется с участием специфических переносчиков, а в области высоких концентраций действуют калиевые каналы (Kochian and Lucas, 1988). Дальнейшие исследования подтвердили это предположение. С помощью молекулярно-биологических подходов из корневых систем растений были выделены как переносчики, так и каналы (Fox and Guerinot, 1998). Однако несмотря на значительный прогресс, достигнутый за последние годы, в этой области исследований остается много нерешенных проблем.

ГЛАВА 1. Обзор литературы.

Цитоплазматическая мембрана ризодермальных клеток корня является главным барьером для поступления калия в растение (Данилова, 1978). Следует отметить, что простой диффузионный перенос ионов калия, которые имеют заряд и окружены гидратной оболочкой, через плазмалемму корневых клеток затруднен вследствие гидрофобности внутренней части липидного бислоя. Таким образом, быстрый перенос ионов калия возможен только при наличии переносчиков или каналообразующих белков (Котычек и Янычек, 1980; Люттге и Хигинботам, 1984). Ситуация осложняется еще и тем, что при выращивании растений в физиологических условиях внутриклеточное содержание калия значительно превышает его внешнюю концентрацию (Flowers and Lauchli, 1983; Kochian and Lucas, 1988). Следовательно поглощение калия из внешнего питательного раствора должно осуществляться против его концентрационного градиента, что требует затрат метаболической энергии.

Согласно современным представлениям, трансмембранная разность электрохимических потенциалов ионов водорода — AjuH, названная Митчеллом протондвижущей силой, может выступать в качестве основного энергетического источника для осуществления полезной работы при переносе отдельных ионов через цитоплазматические мембраны растительных клеток. При этом первичный активный транспорт протонов, используемый для энергизации мембраны, осуществляется с затратами внутриклеточных энергетических ресурсов (Скулачев, 1989): энергетические ресурсы -> AjuFf —> полезная работа. А/иН состоит из двух компонентов: электрического (Аф) и концентрационного (АрН), и может быть рассчитана по уравнению:

Aju Н+ = FA (p + RTln6*1- ^ (1 л) где: А (р — трансмембранная разность электрических потенциалов, F — число Фарадея, R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, а0 и atактивности ионов водорода снаружи и внутри клетки, соответственно.

Потенциальная энергия, накопленная на цитоплазматической мембране как в виде А (р, так и в виде АрН, может быть использована для осуществления вторичных активных транспортных процессов (Mitchell, 1970) и, в частности, для поглощения калия корневыми системами растений. Предполагается, что трансмембранная разность электрохимических потенциаллов ионов водорода поддерживается на плазмалемме растительной клетки в результате работы особого ферментаН^-АТФазы.

1.1. Н±АТФаза.

В современной литературе накоплен обширный материал подтверждающий, что АТФазы, локализованные в цитоплазматической мембране, выполняют центральную роль в транспорте ионов. Первые экспериментальные работы в этом направлении были проведены Скоу в 1957 году, когда он показал, что перенос натрия и калия через цитоплазматическую мембрану животных клеток осуществляется в.

2 i результате функционирования Mgзависимого фермента, гидролизующего АТФ, активируемого ионами Na+ и К+, и специфически подавляемого сердечным гликозидом — уабаином (Skou, 1957). Немного позднее в клетках животных и бактерий были обнаружены другие транспортные АТФазы, например: Са2±АТФаза саркоплазматического ретикулума мышечных клеток, принимающая участие в транспорте ионов кальция (Martonosi, 1972) — К+/Н±АТФаза слизистой оболочки желудка, обеспечивающая нейтральный iCTH4″ обмен и закисление внутренней среды (Sachs et al., 1989) — бактериальная К±АТФаза, ответственная за поглощение калия из внешней среды (Rothstein, 1972) и ряд других АТФаз (Fagan and Saier, 1994).

Первые успехи достигнутые в исследовании №+/К±АТФазы в клетках животных привели физиологов и биохимиков растений к мысли, что ферменты с подобными свойствами могут функционировать и на поверхности растительных клеток. Это было вполне естественное предположение, так как к этому времени было накоплено достаточно экспериментальных данных, позволяющих провести связь между гидролизом АТФ и транспортом ионов в тканях растений. Прежде всего следует отметить работу Робертсона с соавторами (Robertson et al., 1951) в которой было показано, что обработка вырезков корнеплодов моркови 2,4-динитрофенолом — разобщителем транспорта электронов и синтеза АТФприводит к ингибированию поглощения ионов. Поскольку при действии 2,4-динитрофенола наблюдалось ингибирование синтеза АТФ, возникло предположение, что энергия дыхания используется на транспорт ионов опосредованно, в форме фосфорилированных соединений и прежде всего.

АТФ (Robertson, 1960). Однако гипотеза Робертсона, несмотря на свою убедительность и простоту, не привлекла внимание исследователей, а его представления получили развитие только после признания хемиосмотической теории Митчела. К этому времени также была установлена связь между поглощением калия корневыми системами растений и оттоком протонов в питательный раствор, так как было неоднократно показано, что добавление калия к отсеченным корням низкосолевых растений приводит к подкислению внешней среды (Hoagland and Broyer, 1940; Jacobsen et al., 1950; Jackson and Adams, 1963). В 1970 году Питман, изучая выход из корней ячменя во внешнии раствор с низким значением pH во время поглощения К+ и Na+, доказал, что отток протонов является активным процессом, т. е. идет против электрохимического градиента (Pitman, 1970). Приблизительно в то же самое время Слэйман с соавторами (Slayman et al., 1970; Slayman et al., 1973) обнаружили корреляцию между уровнем АТФ и значением мембранного потенциала в гифах гриба Neurospora crassa, что косвенно доказывало наличие связи между гидролизом АТФ и транспортом ионов через цитоплазматическую мембрану клетки. Кроме того, была обнаружена прямая корреляция между скоростью поглощения К+ и Rb+ отсеченными корнями ячменя, овса и пшеницы, и уровнем АТФазной активности мембранных препаратов, выделенных из корневых систем этих растений (Fisher et al., 1970). Позднее в работах Леонарда и Ходжеса было показано подобие кинетик стимуляции ионами калия АТФазной активности во фракции цитоплазматических мембран и притока К+ (42К+) в корни (Leonard and Hodges, 1973). Эти и другие работы подготовили теоретическую базу для дальнейших исследований АТФаз в клетках растений.

В настоящее время известно, что на цитоплазматической мембране растительных клеток присутствует катионстимулируемая АТФаза, которая принимает участие в выбросе протонов из клетки за счет энергии гидролиза АТФ. Н±АТФаза, о которой идет речь, относится к Е1Е2 типу. Биохимические исследования последних лет показали, что каталитическая субъединица фермента представляет собой одиночный полипептид с молекулярной массой около 100 кДа (Serano, 1984; Singh et al., 1987; Nagao et al., 1987). Однако остается открытым вопрос о структурной организации Н±АТФ азы в цитоплазматической мембране. Было высказано предположение, что в нативных условиях данный фермент может существовать в виде димера (Briskin et al., 1985) или тримера (Anthon and Spanswick, 1986). При этом объединение нескольких каталитических субъединиц в единый комплекс рассматривается как необходимое условие для энергетически более выгодного сопряжения транспорта протонов с гидролизом АТФ (Briskin, 1990). С помощью молекулярнобиологических методов были выделены гены, кодирующие каталитическую субъединицу фермента у представителей различных таксономических групп растений, а также установлена их нуклеотидная последовательность (Harper et al., 1989; 1990; Pardo and Serrano, 1989; Boutry et al., 1989; Ewing et al., 1990). Оказалось, что у одного вида растений может существовать от 7 до 10 генов ТГ-АТФазы, которые могут по-разному экспрессироваться в различных органах и тканях. Предполагается, что наличие множества различных изоформ фермента отражает сложную систему регуляции ЬГ-АТФазной активности в онтогенезе (Michelet and Boutry, 1995). Однако для объяснения этого феномена требуются дальнейшие исследования. Сопоставление генетического кода с первичной аминокислотной последовательностью Н±АТФазы позволило установить, что каталитическая субъединица фермента содержит в своем составе по крайней мере 10 трансмембранных гидрофобных а-спиралей. При этом С и N терминальные участки белка, а также каталитический центр фермента, как предполагается, расположены с внутренней стороны мембраны (рис. 1) (Wach et al., 1992).

В ранних исследованиях было установлено, что для нормального.

2+ функционирования НАТФазы необходимы ионы Mg. Кроме того, активность фермента существенно возрастает в присутствии ионов К+ или Rb+ (Hodges, 1976; Leonard, 1982). В работе Цзе и Ходжеса, выполненной на мембранных препаратах из корней овса (Sze and Hodges, 1977) было показано, что одновалентные катионы по-разному влияют на активность фермента. При этом ионы калия проявляют максимальный эффект, а ионы лития — минимальный: К > NH4 > Rb > Na > Cs > Li. Аналогичные результаты были получены Леонардом и Хотчкисом (Leonard and Hotchkiss, 1976) на препаратах мембран, выделенных из корней кукурузы. Авторами было отмечено, что ряд стимуляции АТФазной активности сильно напоминает ряд селективности в отношении транспорта одновалентных катионов через цитоплазматическую мембрану корня. Этот факт долгое время рассматривали как доказательство прямого химического сопряжения транспорта ионов с гидролизом АТФ на уровне Н± АТФазы.

Рис. 1 Структурная организация FT-АТФазы в цитоплазматической мембране (Michelet and Boutry, 1995).

Рис. 2 Каталитический цикл Н±АТФазы (Briskin, 1990).

Однако роль ионов К+ и Mg2+ в стимуляции Н^-АТФазной активности стала более отчетливо проявляться только после исследований каталитического цикла фермента.

Наиболее полно этот вопрос рассмотрен в работах Брискина с соавторами (Briskin and Poole, 1983, 1984; Briskin and Thornley, 1985), a также в ряде обзоров (Briskin, 1986, 1990; Serrano, 1989; Briskin and Hanson, 1992). Согласно экспериментальным данным при гидролизе АТФ с участием Н±АТФазы происходит образование по крайней мере двух фосфоэнзимных комплексов: Ei-P и Ег-Р. Две формы фосфоэнзимных комплексов отличаются друг от друга разной чувствительностью к экзогенному АДФ, так как добавление АДФ в реакционную среду уменьшает содержание ЕГР и не изменяет содержание второго фосфорилированного продукта — Ег-Р. Предполагается, что гидролиз АТФ протекает в три стадии:

ATP + Е Ei-P + ADP,.

ErP ^ Е2-Р, Е2-Р + Н30+ Е + Pi.

В первой реакции происходит перенос фосфатной группы с АТФ на активный центр фермента, что приводит к образованию фосфорилированного продукта — ЕрР. Во второй реакции Ei-P изомеризуется до Ег-Р. И в третьей реакции фосфорилированный продукт Ег-Р взаимодействует с водой и распадается с образованием свободного фермента и неорганического фосфата. Все стадии процесса обратимыпри определенных условиях обращение протонного насоса приводит к синтезу АТФ. Брискин высказал предположение, что ионы магния необходимы для образования фосфорилированных соединений (реакция 1), а присутствие калия ускоряет переход между Е]-Р и Е2-Р формами Н±АТФазы (реакция 2). Установлено, что связывание протонов с ферментом происходит на стадии образования фосфорилированного продукта Ei-P и идет через нестабильный промежуточный комплекс типа •АТФ, в то время как освобождение протонов с внешней стороны мембраны наблюдается в момент гидролиза продукта Е2-Р (рис. 2). Однако в настоящее время остается невыясненным вопрос: гидролиз ли комплекса Е2-Р приводит к освобождению или наоборот — освобождение ff является необходимым условием для гидролиза Ег-Р. Тем не менее, на завершающей стадии каталитического цикла Е2 форма Н^-АТФазы теряет протон и переходит в Ei состояние. Этот переход может быть ускорен взаимодействием фермента с АТФ (рис. 2).

В работах, выполненных как на микросомальной фракции, так и на частично очищенных препаратах ТГ-АТФазы, встроенных в липидные везикулы или искусственные мембраны, было показано, что данный фермент действительно может поддерживать градиент Ajjirt на мембране в результате гидролиза АТФ (Sze, 1985; Gianni and Briskin, 1987; Briskin et al., 1995). Кроме того было установлено, что ТГ-АТФаза транспортирует приблизительно один протон на молекулу гидролизованного АТФ (Brauer et al., 1989; Briskin et al., 1995) и имеет pH оптимум в области 6.5 — 6.6 (Briskin, 1990; Michelet and Boutry, 1995). По мере сдвига pH в щелочную сторону активность АТФазы снижается (Левченко и Палладина, 1979). Создается впечатление, что основная функция НГ-АТФазы внешней мембраны заключается в поддержании постоянства внутриклеточного значения рН. В то же время очевидна и другая функция этого ферментатранспортная, так как в результате выноса протонов за пределы клетки наблюдается появление градиента электрохимического потенциала Л/лН, электрическая составляющая которого возникает в результате нескомпенсированного движением других ионов переноса положительного заряда через цитоплазматическую мембрану.

Выводы.

1. Установлено, что поглощение калия корневыми системами пшеницы в области концентрации до 30 мкМ соответствует кинетике реакций первого порядка, а в диапазоне концентраций выше 30 мкМ кинетические кривые имеют более сложный характер — в начале эксперимента наблюдается ускорение поглощения. Обнаружено также, что длительность начального периода возрастает пропорционально увеличению внешней концентрации К+.

2. Математический анализ кинетических кривых транспорта показал, что в диапазоне концентраций от 30 до 200 мкМ изотерма поглощения ионов калия имеет линейный характер и в целом не может быть описана уравнением Михаэлиса — Ментен, поскольку в области концентраций ниже 30 мкМ изотерма не удовлетворяет гиперболическому закону.

3. Предложена математическая модель транспорта К+ в нестационарных условиях, которая учитывает возрастание количества активных переносчиков на мембране при повышении внешней концентрации калия. Показано, что математическая модель удовлетворительно описывает поглощение К+ в диапазоне концентраций выше 30 мкМ, т. е. там где на кинетических кривых наблюдается период начального ускорения.

4. Установлено, что предобработка пшеницы 200 мкМ КС1 приводит к возрастанию максимальной скорости поглощения пропорционально увеличению длительности предобработки, что свидетельствует о.

Заключение

.

Регуляция всех физиологических процессов в системе целого растения, включая поглощение, транспорт и обмен элементов минерального питания, может осуществляться на различных уровнях организации — внутриклеточном, межклеточном и организменном. При этом следует учитывать тот факт, что регуляторные системы различных уровней тесно взаимодействуют друг с другом и находятся в строгом иерархическом соподчинении. Такая сложная структура, с одной стороны — обеспечивает координацию роста, так как между отдельными частями развивающегося растительного организма происходит постоянный обмен информационными сигналами, и с другой — необходима для поддержания постоянства внутриклеточной среды, т. е. гомеостаза. В следствие этого при изучении вопросов, связанных с регуляцией поглощения элементов минерального питания на уровне целого организма, необходимо принимать во внимание весь спектр многообразных регуляторных проявлений. В настоящий момент эта задача представляется крайне сложной. Однако ее решение важно с практической точки зрения, как средство для разработки новых подходов к оптимизации минерального питания культурных растений.

Настоящая диссертация была посвящена одному из аспектов такой регуляции, а именно: изменению К±транспортирующей системы под влиянием внешней концентрации калия. В ходе работы удалось показать, что количество активных переносчиков на мембране возрастает при повышении уровня калия в питательном растворе. В пользу этого свидетельствует:

1) характер поведения кинетических кривых поглощения при разной концентрации К+ в питательном растворе,.

2) возрастание скорости поглощения после предобработки растений повышенной внешней концентрацией калия,.

3) насыщение К±транспортеров в области концентраций выше 70 мкМ после предобработки растений 10 мкМ циклогексимида,.

4) изменение содержания ряда белков микросомальной фракции при повышении внешней концентрации К+.

Увеличение количества активных переносчиков на мембране может быть связано либо с их дополнительным биосинтезом, либо с активацией уже имеющихся на мембране неактивных транспортеров. Однако требуются дополнительные исследования, чтобы установить какой из этих двух механизмов реализуется.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Д.Б., О Эн До. Переходный процесс при индукции протонного насоса корневых клеток // Физиология растений. 1993. Т. 40. с. 100−105.
  2. JI.H. Регулирование ионного транспорта: теоретические и практические аспекты минерального питания растений // Итоги Науки и техники / ВИНИТИ. Сер. Физиология растений. 1988. Т. 5. с. 5−160.
  3. JI.H., Егорова H.H. Протонная емкость апопласта в корневой системе пшеницы // Докл. АН СССР. 1983. Т. 272. с. 748 751.
  4. М.Ф. Структурные основы поглощения веществ корнем. Л.: Наука, 1974. 206 с.
  5. H.H., Ивашикина Н. В., Васильчиков В. В., Соколов O.A. Кинетический анализ поглощения нитрата проростками кукурузы // Физиология растений. 1995. Т. 42. с. 518−525.
  6. Н.В., Егорова H.H. Поглощение нитратов корнями растений//Агрохимия. 1993. с. 106−124.
  7. А., Янычек К. Мембранный транспорт. М.: Мир. 1980. 341 с.
  8. Л.А., Палладина Т. А. Некоторые свойства катион -чувствительной АТФазы фракции плазматических мембран корней злаковых // Ионный транспорт в растениях. Киев: Наук, думка. 1979. с. 92−98.
  9. У., Хигинботам Н. Передвижение веществ в растениях. М.:1. Колос, 1984. 408 с.
  10. Ю.Скулачев В. П. Биоэнергетика. Мембранные преобразователи энергии. М.: Высшая Школа. 1989. 271 с.
  11. П.Фролов Ю. П. Введение в математическое моделирование биологических процессов. I. Молекулы и клетки. Самара: Изд-во Самарского университета. 1992. 420 с.
  12. Anderson J.A., Huprikar S.S., Kochian L.V., Lucas W.J., Gaber R.F. Functional expression of a probable Arabidopsis thaliana potassium channel in Saccharomyces cerevisiae // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1992. V. 89. pp. 3736−3740.
  13. Anthon G.E., Spanswick R.M. Purification and properties of the H*-translocating ATPase from the plasma membrane of tomato roots // Plant Physiol. 1986. V.81. pp. 1080−1085.
  14. Bange G.G.J. Diffusion and absorption of ions in plant tissue. III. The role of the root cortex in ion absorption // Acta Bot. Neerl. 1973. V. 22. pp. 529−542.
  15. Banuelos M.A., Klein R.D., Alexander S.J., Rodriguez-Navarro A. A potassium transporter of the yeast Schwaniomyces occidentalis homologous to the KUP system of Escherichia coli has a high concentrative capacity // EMBO J. 1995. V. 14. pp. 3021−3027.
  16. Behl R., Raschke K. Close coupling between extrusion of H+ and uptake ofK+ by barley roots //Planta. 1987. V. 172. pp. 531−538.
  17. Bellando M., Trofta A., Bonefti A., Colombo R., Lado P., Marre E. Dissociation of H+ extusion from K+ uptake by means of lipophylic cations // Plant Cell Envir. 1979. V. 2. pp. 39−47.
  18. Blatt M.R., Slayman C.L. Role of active potassium transport in the regulation of cytoplasmic pH by nonanimal cells // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1987. V. 84. pp. 2737−2741.
  19. Borstlap A.C. Invalidity of the multiphasic concept of ion absorption in plants // Plant Cell Environ. 1981. V. 4. pp. 189−195.
  20. Boutry M., Michelet B., Goffeau A. Molecular cloning of a family of plant genes encoding a protein homologus to plasma membrane H±translocating ATPases//Biochim. Biophys. Res. Commun. 1989. V. 162. pp. 567−574.
  21. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding// Anal. Biochem. 1976. V. 72. pp. 248−254.
  22. Brauer D., Tu S., Hsu A-F., Thomas C.E. Kinetic analysis of proton transport by the vanadate sensitive ATPase from maize root microsomes //Plant Physiol. 1989. V. 89. pp. 464−471.
  23. Brezeale J.F. The relation of sodium to potassium in soil and solution cultures // J. Am. Chem. Soc. 1906. V. 28. pp. 1013−1025.
  24. Briggs G.E., Hope A.B., Robertson R.N. Electrolytes and plant cells. Oxford: Blackwell. 1961.
  25. Briskin D.P. Plasma membrane H±transporting ATPase: role in potassium ion transport?//Physiol. Plant. 1986. V. 68. pp. 159−163.
  26. Briskin D.P. The plasma membrane H^-ATPase of higher plant cells: biochemistry and transport functions // Biochim. Biophys. Acta. 1990. V. 1019. pp. 95−109.
  27. Briskin D.P., Basu S., Assmann S.M. Charachterization of the red beetplasma membrane H^-ATPase reconstituted in a planar bilayer ayatem 11 Plant Physiol. 1995. V. 108. pp. 393−398.
  28. Briskin D.P., Gawienowski M.C. Role of the plasma membrane H*-ATPase in K+transport//Plant Physiol. 1996. V. 111. pp. 1199−1207.
  29. Briskin D.P., Hanson J.B. How does the plant plasma membrane H4-ATPase pump protons? // J. Exp. Bot. 1992. V. 43. pp. 269−289.
  30. Briskin D.P., Poole R.J. Role of magnesium in the plasma membrane ATPase of red beet //Plant Physiol. 1983. V. 71. pp. 969−971.
  31. Briskin D.P., Poole R.J. The plasma membrane ATPase of higher plant cells // Physiol. Plant. 1984. V. 14. pp. 1−4.
  32. Briskin D.P., Thornley W.R. Plasma membrane ATPase of sugar beet: are evaluation//Phytochemistry. 1985. V. 24. pp. 2797−2802.
  33. Briskin D.P., Thornley V.L., Roti-roti J.L. Target molecular size of the red beat plasma membrane ATPase // Plant Physiol. 1985. V.78. pp. 642 644.
  34. Briiggemann L., Dietrich P., Becker D., Dreyaer I., Palme K., Hedrich R. Channel -mediated high-affinity K+ uptake into guard cells from Arabidopsis //Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1999. V. 96. pp. 3298−3302.
  35. Crawford N.M. Nitrate: Nutrient and signal for plant growth // Plant Cell. 1995. V.7. pp. 859−868.
  36. Dalton F.N. Dual pattern of potassium transport in plant cells: a physical artifact of a single uptake mechanism // J. Exp. Bot. 1984. V. 35. pp. 1723−1732.
  37. Dunlop J., Knighton M., White D.W.R. Ion-transport and the effects of acetic-acid in white clover. 2. Potassium absorption // J. Exp. Bot. 1988.1. V. 39. pp. 89−96.
  38. Ehwald R., Sammler P., Goring H. Die Bedeutung der diffusion in den «Frieien Raum» fur die konzentrationsabhangigkeit der aufnahme von zuckern und ionen durch pflanzliche gewebe // Biochim. Physiol. Pflanzen. 1973. V. 164. pp. 596−613.
  39. Epstein E. Dual pattern of ion absorption by plant cells and by plants // Nature. 1966. V. 212. pp. 1324−1327.
  40. Epstein E. Kinetics of ion transport and the carrier concept // Encyclopedia of Plant Physiology. New series. IIA / Eds. Luttge U., Pitman M.G. New York: Springer Verlag. 1976. pp. 70−94.
  41. I.Epstein E., Hagen C.E. A kinetic study of the absorption of alkali cations by barley roots // Plant Physiol. 1952. V. 27. pp. 457−474.
  42. Epstein E., Rains D.W., Elzam O.E. Resolution of dual mechanisms of potassium absorption by barley roots // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 1963. V. 49. pp. 684−692.
  43. Erdei L., Olah Z., Berczi A. Phases in potassium transport and their regulation under near-equilibrium conditions in wheat seedlings // Physiol. Plant. 1984. V. 60. pp. 81−85.
  44. Evans H.J., Sorger G.J. Role of mineral elements with emthasis on the univalent cations // Ann. Rev. Plant Physiol. 1966. V. 17. pp. 77−91.
  45. Evans H.J., Wildes R.A. Potassium and its role in enzyme activation: potassium in biochemistry and physiology // Proceed, of the 8th Colloquium. Bern: International Potash Institute. 1971. pp. 13−39.
  46. Ewing N. N, Wimmers L.E., Meyer D.J., Chetelat R.T., Bennett A.B. Molecular cloning of tomato plasma membrane HT-ATPase // Plant
  47. Physiol. 1990. V. 94. pp. 1874−1881.
  48. Fagan M.J., Saier M.H.Jr. P-type ATPases of eukaryotes and bacteria: sequence, analisys and construction of phylogenetic trees // J. Mol. Evol. 1994. V. 38. pp. 57−99.
  49. Fernando M, Mehroke J, Glass ADM. Denovo synthesis of plasma membrane and tonoplast polypeptides of barley roots during short-term K+ deprivation. In search of the high affinity K+ transport system // Plant Physiol. 1992. V. 100. pp. 1269−1276.
  50. Fernando M., Siddiqi M.Y., Glass A.D.M. Changes in membrane-associated polypeptides in relation to K+ supply // Plant Physiol. 1989. V. 89. (abstract N904). S-151.
  51. Fisher J.D., Hansen D., Hodges T.K. Correlation between ion fluxes and ion stimulated adenosine triphosphatase activity of plant roots // Plant Physiol. 1970. V. 46. pp. 812−814.
  52. Flowers T.J., Lauchly A. Sodium versus potassium: substitution and compartamentation // Inorganic plant nutrition / Enciclopedia of plant physiology. New York Tokyo: Springer, 1983. V. 15. pp. 651−681.
  53. Ford C.W., Wilson J.K. Changes in levels of solutes during osmotic adjustment to water stress in leaves of four tropical pasture species // Austral. J. Plant. Physiol. 1981. V. 8. pp. 77−91.
  54. Fox T.C., Guerinot M.L. Molecular biology of cation transport in plants //
  55. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1998. V. 49. pp. 669−696.
  56. Fu H.-H., Luan S. AtKUPl: A dual-affinity K+ transporter from Arabidopsis // Plant Cell. 1998. V. 10. pp. 63−73.
  57. Gassmann W., Rubio F., Schroeder J.I. Alkali cation selectivity of the wheat root high-affinity potassium transporter HKT1 // Plant J. 1996. V. 10. pp. 869−882.
  58. Gassmann W., Ward J.M., Schroeder J.I. Physiological roles of inward-rectifying K+ channels // Plant Cell. 1993. pp. 1491−1492.
  59. Giannini J.L., Briskin D.P. Proton transport in plasma membrane and tonoplast vesicles from red beet (Beta vulgaris L.) storage tissue. A comparative study of ion effects on ApH and Avj/ // Plant Physiol. 1987. V. 84. pp. 613−618.
  60. Gibrat R., Grouzis J.-P., Rigaud J., Grignon C. Potassium stimulation of corn root plasmalemma ATPase. II. H^pumping in native and reconstituted vesicles with purified ATPase // Plant Physiol. 1990. V.93. pp. 1183−1189.
  61. Glass A. The regulation of potassium absorption in barley roots // Plant Physiol. 1975. V. 56. pp. 377−380.
  62. Glass A.D.M. Regulation of potassium absorption in barley roots. An allosteric model // Plant Physiol. 1976. V. 58. pp. 33−37.
  63. Glass A.D.M. Plant Nutrition: An introduction to current concepts. Boston: Jones and Barlett. 1988.
  64. Glass A.D.M., Siddiqi M.Y. Cation stimulated H+ efflux by intact roots of barley // Plant Cell Environ. 1982. V. 5. pp. 385−393.
  65. Glass A.D.M., Siddiqi M.Y. Advances in plant nutrition /Eds. Tinker
  66. P.B., Lauchli A. New York: Praeger Publishers. 1984. V. 1. pp. 103−147.
  67. Cocucci M., Marre E., Ballarin-Denti A., Cachi A. Characteristics of fusicoccin-induced changes of transmembrane potential and ion uptake in maize root segments // Plant Sci. Lett. 1976. V.6. pp. 143−156.
  68. Harper J.F., Manney L., De Witt N.D., Yoo M.H., Sussman M.R. The Arabidopsis thaliana plasma membrane H±ATPase multigene family // J. Biol. Chem. 1990. V. 265. pp. 13 601−13 608.
  69. Harper J.F., Surowy T.K., Sussman M.R. Molecular cloning and sequence of cDNA encoding the plasma membrane proton pump (H±ATPase) of Arabidopsis thaliana // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1989. V. 86. pp. 12 341 238.
  70. Hirsch R., Lewis B., Spalding E.P., Sussman M.R. A role for AKT1 potassium channel in plant nutrition // Science. 1998. V. 280. pp. 918−921.
  71. Hoagland D.R., Broyer T.C. Hydrogen ion effects and the accumulation of salt by barley roots as influenced by metabolism // Am. J. Bot. 1940. V. 27. pp. 173−185.
  72. Hodges T.K. ATPase associated with membranes of plant cells // Encyclopedia of Plant Physiology, New Series / Eds. Luttge U., Pitman M.G. Berlin: Springer Verlag. 1976. V. 2. Part A. pp. 260−283.
  73. Hoff T., Truon H.-M., Caboche M. The use of mutants and transgenic plants to study nitrate assimilation // Plant, Cell and Environ. 1994. V. 17. pp. 489−506.
  74. Hole D.J., Emran A.M. Fares G., Drew M.C. Induction of nitrate transport in maize roots and kinetics of influx measured with N-13 // Plant Physiol. 1990. V.93. pp. 642 647.
  75. Jackson P.C., Adams H.R. Cation anion balance during potassium and sodium absorption by barley roots // J. Gen. Physiol. 1963. V. 46. pp. 369 386.
  76. Jacobsen L., Overstreet R., King H.M., Handley R. A study of potassium absorption by barley roots // Plant Physiol. 1950. V. 25. pp. 639−647.
  77. Jensen P., Petterson S. Allosteric regulation of potassium uptake in plant roots // Physiol. Plant. 1978. V. 42. pp. 207−213.
  78. Johansen C.D., Edwards D.G., Loneragan J.F. Potassium fluxes during potassium absorption by intact barley roots of increasing potassium content // Plant. Physiol. 1970. V. 45. pp. 601−603.
  79. Kim E.J., Kwak J.M., Uozumi N., Schroeder J.I. AtKUPl: An Arobidopsis gene encoding high affinity potassium transport activity // Plant Cell. 1998. V. 10. pp. 51−62.
  80. Kochian L.V., Lucas W.J. Potassium transport in corn roots. I. Resolution of kinetics into a saturable and linear component // Plant Physiol. 1982. V.70. pp. 1723−1731.
  81. Kochian L.V., Lucas W.J. Potassium transport in corn roots. II. The significance of the root periphery // Plant Physiol. 1983. V. 73. pp. 208 215.
  82. Kochian L.V. Lucas W.J. Potassium transport in roots // Advances in botanical research / Ed. Callow J.A. London: Academic Press. 1988. V.15. pp. 93−178.
  83. Kochian L.V., Lucas W.J. Can K+ channels do it all? // Plant Cell. 1993. V. 5. pp. 720−721.
  84. Kochian L.V., Shaff J.E., Lucas W.J. High-affinity K+ uptake in maize roots: a lack of coupling with H^-efflux // Plant Physiol. 1989. V. 91. pp. 1202−1211.
  85. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assemply of the head of bacteriophage T4 // Nature. 1970. V. 227. pp. 680−685.
  86. Lauchly A., Pfluger R. Potassium transport through plant cell membranes and metabolic role of potassium in plants // Potassium Research Review and Trends / Proc. 11th Congr. Bern: Int. Potash Inst. 1978. pp. 111−163.
  87. Leigh R.A., Win Jones R.G. A hypothesis relating critical potassium concentration for growth to the distribution and functions of this ion in the plant cell//NewPhytol. 1984. V. 97. pp. 1−13.
  88. Leonard R.T. The plasma membrane ATPase of plant cells: cation or proton pump? // Membrane and transport / Ed. Martinosi A.N. New York: Plenum. 1982. V. 2. pp. 633−637.
  89. Leonard R.T., Hodges T.K. Characterization of plasma membrane-associated adenosine triphosphatase activity of oat roots // Plant Physiol. 1973. V. 52. pp. 6−12.
  90. Leonard R.T., Hotchkiss C.W. Cation-stimulated adenosine triphosphatase activity and cation transport in corn roots // Plant Physiol. 1976. V. 58. pp. 331−335.
  91. Li J., Lee Y.-R.J., Assmann S.M. Guard cells possess a calcium-dependent protein kinase that phosphorylates the KAT1 potassiumchannel//Plant Physiol. 1998. V. 116. pp. 785−795.
  92. Lohse G., Hedrich R. Characterization of the plasma membrane H^-ATPase from Vicia faba guard cells modulation by extracellular factors and seasonal changes // Planta. 1992. V. 188. pp. 206−214.
  93. Liittge U., Clarkson D.T. Mineral nutrition: potassium // Progress in botany. Berlin: Springer Verlag. 1989. V. 50. pp. 51−73.
  94. Maathuis F.J.M., Ichida A.M., Sanders D., Schroeder J.I. Roles of higher plants K+ channels // Plant Physiol. 1997. V. 114. pp. 1141−1149.
  95. Maathuis F.J.M., Sanders D. Energization of potassium uptake in Arabidopsis thaliana//Planta. 1993. V. 191. pp. 302−307.
  96. Maathuis FJM, Sanders D. Mechanism of high-affinity potassium uptake in roots of Arabidopsis thaliana // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. V.91. pp. 9272−9276.
  97. Maathuis F.J.M., Sanders D. Regulation of K+ absorptions in plant root cells by external K+: interplay of different plasma membrane K+ transporters // J. Exp. Bot. 1997. V. 48. Special issue, pp. 451−458.
  98. Malhotra B., Glass A.D.M. Potassium fluxes in Chlamydomonas reinhardtii. 1. Kinetics and electrical potentials // Plant Physiol. 1995. V. 108. pp. 1527−1536.
  99. Marre E. Effects of fusicoccin and hormones in plant cell membrane activities: observations and hypothesis // Regulation of cell membrane activities in plants / Eds. Marre E., Cifferi O. Amsterdam: Elsevier. 1977. pp. 185−202.
  100. Marre E. Fusicoccin: a tool in plant physiology // Annu. Rev. Plant Physiol. 1979. V. 30. pp. 275−288.
  101. Marre E., Lado P., Rasi-Caldogno F., Colombo R., Cocucci M., De Michelis M.I. Regulation of proton extrusion by plant hormones and cell elongation // Physiol Veg. 1975. V. 13. pp. 797−811.
  102. Martonosi A. Biochemical and clinical aspects of sarcoplasmic reticulum function // Current topics in membranes and transport I Ed. Broner F., Kleinzeller A. New York: Academic Press, 1972. V. 3. pp. 83−197.
  103. Memon A.R., Saccomani M., Glass A.D.M. Efficiency of potassium utilization by barley varieties: the role of subcellular compartments // J. Exp. Bot. 1985. V. 36. pp. 1860−1876.
  104. Michelet B., Boutry M. The plasma membrane H±ATPase: a higher regulated enzyme with multiple physiological functions // Plant Physiol. 1995. V. 108. pp. 1−6.
  105. Mitchell P. Membranes of cells and organelles: morphology, transport, and metabolism // XX Symp. Soc. Gen. Microbiol. 1970. pp. 121−166.
  106. Nagao T., Sasakawa H., Sugiyama T. Purification of H±ATPase from the plasma membrane of maize roots and preparations of its antibody // Plant Cell Physiol. 1987. V. 28. pp. 1181−1186.
  107. Newman IA, Kochian LV, Grusak MA, Lucas WJ. Fluxes of H+ and K+ in corn roots: characterization and stochiometries using ion selective microelectrodes // Plant Physiol. 1987. V. 84. pp. 1177−1184.
  108. Pardo J.M., Serrano R. Structure of a plasma membrane H±ATPase gene from the plant Arabidopsis thaliana // J. Biol. Chem. 1989. V. 264. pp. 8557−8562.
  109. Pitman N.G. Active FT efflux from cells of low-salt barley roots during salt accumulation // Plant Physiol. 1970. V. 45. pp. 787−790.
  110. Pitman N.G., Schaefer N., Wildes R.A. Relation between permeability to potassium and sodium ions and fusicoccin-stimulated hydrogen-ion efflux in barley roots//Planta. 1975. V. 126. pp. 61−73.
  111. Poole R.J. Ion transport and electrogenic pumps in storage tissue cells // Canad. J. Bot. 1974. V. 52. pp. 1023−1028.
  112. Poole R.J., Poel L.W. Carbone dioxide and pH in relation to salt uptake by beet root tissue // J. Exp. Bot. 1965. V. 16. 453−461.
  113. Quinterro F.J., Blatt M.R. A new family of K+ transporters from Arabidopsis that are conserved across phyla // FEB S Lett. 1997. V. 415. pp. 206−211.
  114. Raven P.H., Evert R.F., Curtis H. Biology of plants. New York: Worth Publishers. 1976.
  115. Robertson R.N. Ion transport and respiration // Biol. Rev. Cambrige: Phil. Soc. 1960. V. 35. pp. 231−264.
  116. Robertson R.N., Wilkins M.J., Weeks D.C. Studies in the metabolism of plant cells. IX. The effects of 2,4 dinitrophenol on salt accumulation and salt respiration // Aust. Joura. Sci. Res. 1951. B 4. pp. 248−264.
  117. Rodriguez-Navarro A., Blatt M.R., Slayman C.L. A potassium-proton symport in Neurospora crassa // J. Gen. Physiol. 1986. V. 87. pp. 649−674.
  118. Rothstein A. Ion transport in microorganisms // Metabolic pathways / Ed. Hokin L.E. New York: Academic Press 1972. V. 6. pp. 17−39.
  119. Rubio F., Gassmann W., Schroedr J.I. Sodium driven potassium uptake by the plant potassium transporter HKT1 and mutations conferring salt tolerance// Science. 1995. V. 270. pp. 1660−1663.
  120. Rubio F., Gassmann W., Schroeder J.I. High-affinity potassium uptake inplants. Response // Science. 1996. V. 273. pp. 978−979.
  121. Sachs G., Munson K., Balaji V.N., Aures-Fisher D., Hersey S.J., Hall K. Functional domains of the gastric HK ATPase // J. Bioenerg. Biomembr. 1989. V. 21. pp. 573−588.
  122. Santa-Maria G.E., Rubio F., Dubcovsky J., Rodriguez-Navarro A. The HAK1 gene of barley is a member of a large gene family and encodes a high-affinity potassium transporter // Plant Cell. 1997. V. 9. pp. 22 812 289.
  123. Segel I.H. Biochemical calculations. John Wiley and Sons. 1975. 2nd ed. 441 p.
  124. Schachtman D.P., Schroeder J.I. Structure and transport mechanism of a high-affinity potassium uptake transporter from higher plants // Nature. 1994. V. 370. pp. 655−658.
  125. Sentenac H., Bonneaud N., Minet., Lacroute F., Salmon J.-M., Gaymard F., Grignon C. Cloning and expression in yeast of a plant potassium ion transport system // Science. 1992. V. 256. pp. 663−665.
  126. Serrano R. Plasma membrane ATPase of fungi and plants as a novel type of proton pump // Curr. Top. Cell. Reg. 1984. V. 23. pp. 87−126.
  127. Serrano R. Purification of the proton pumping ATPase from plant plasma membranes // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1984. V. 121. pp. 735 740.
  128. Serrano R. Structure and function of plasma membrane ATPase // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 1989. V. 40. pp. 61−94.
  129. Siddiqi MY, Glass ADM. Simultaneous consideration of tissue and substrate potassium concentration in K+ uptake kinetics: a model // Plant Physiol. 1982. V. 69. pp. 283−285.
  130. Singh S.P., Kesav B.V.S., Briskin D.P. Reconstitution and rapid partial purification of the red beet plasma membrane ATPase // Physiol. Plant. 1987. V. 69. pp. 617−626.
  131. Skou J.C. The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves // Biochim. Biophys. Acta. 1957. V. 23. pp. 394 401.
  132. Slayman C.L., Long W.S., Lu C.Y.-H. The relation between ATP and electrgenic pump in the plasma membrane of Neurospora crassa // J. Membr. Biol. 1973. V.14. pp. 305−338.
  133. Slayman C.L., Lu C.Y.-H., Shane L. Correlated changes in membrane potential and ATP concentration in Neurospora // Nature. 1970. V. 226. pp. 274−276.
  134. Slayman C.W., Tatum E.L. Potassium transport in Neurospora. II. Measurement of steady state potassium fluxes // Biochim. Biophys. Acta. 1965. V. 102. pp. 149−160.
  135. Suelter C.H. Enzymes activated by monovalent cations // Science. 1970. V. 168. pp. 789−795.
  136. Sze H. H^-translocating ATPases: advances using membrane vesicles // Annu. Rev. Plant Physiol. 1985. V. 36. pp. 175−208.
  137. Sze H., Hodges T.K. Selectivity of alkali cation influx across the plasmamembrane of oat roots // Plant Physiol. 1977. V. 59. pp. 641−646.
  138. Vale F.R., Jackson W.A., Volk R.J. Potassium influx into maize root systems. Influence of root potassium concentration and ambient ammonium//Plant Physiol. 1987. V. 84. pp. 1416−1420.
  139. Van Iren F., Boers-van der Sluijs P. Simplasmic and apoplasmic radial ion transport in plant roots // Planta. 1980. V.148. pp. 130−137.
  140. Vara F., Serrano R. Phosphorylated intermediates of the ATPase of plant plasma-membranes //J. Biol. Chem. 1983. V. 258. pp. 5334−5336.
  141. Wach A., Schlesser A., Goffeau A. An alignment of 17 deduced protein sequences from plant, fungi and protozoa H±ATPase genes // J. Bioenerg. Biomembr. 1992. V. 24. pp. 309−317.
  142. Walker D.J., Leigh R.A., Miller A.J. Potassium homeostasis in vacuolate plant cells // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. pp. 10 510−10 514.
  143. Walker N.A., Pitman M.G. Measurement of fluxes across membranes // Encyclopedia of Plant Physiology / Eds. Luttge U., Pitman M.G. Berlin -New York: Springer Verlag. 1976. V. 2A. pp. 93−126.
  144. Wang T.-B., Gassmann W., Rubio F., Schroeder J.I., Glass A.D.M. Rapid up-regulation of HKT1, a high-affinity potassium transporter gene, in roots of barley and wheat following withdrawal of potassium // Plant Physiol. 1998. V. 118. pp. 651−659.
  145. Winne D. Unstirred layer source of biased Michaelis constant in membrane transport // Biochim. Biophys. Acta. 1973. V. 298. pp. 27−31.108
  146. Выражаю искреннюю благодарность моему научному руководителю к.б.н., ст.н.сотр. Кузнецовой Лидии Геннадиевне за постоянное внимание к работе и требовательное руководство.
  147. Глубоко признателен моему научному консультанту д.ф.-м.н., проф. Берестовскому Генриху Николаевичу за внимание к работе, ценные советы и критическое прочтение рукописи.
  148. Искренне благодарю д.б.н., проф. Балнокина Юрия Владимировича за полезные замечания и постоянную поддержку на всех этапах работы.
  149. Я также признателен д.б.н., проф. Вахмистрову Д. Б., д.б.н., проф. Гоготову И. Н., к.ф.-м.н., ст.н.сотр. Клеванику A.B. за многочисленные дискуссии и ценные советы, высказанные в процессе подготовки работы.
  150. Благодарю всех сотрудников лаборатории биохимии и биотехнологии фототрофных микроорганизмов ИФПБ РАН за дружескую поддержку.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!