Geum.ru

Регуляция активности свободных мультиферментных комплексов цикла кальвина у высших растений

Вид материалаАвтореферат
Температура и освещённость
Список работ опубликованных по теме диссертации
Подобный материал:
1   2   3   4

ВЫВОДЫ

  1. Подобраны оптимальные условия выделения электрофоретически гомогенных препаратов свободных мультиферментных комплексов цикла Кальвина из листьев хлопчатника и арабидопсиса позволяющие сохранить на достаточно высоком уровне ферментативную активность.
  2. Обнаружено, что в зависимости от возраста растений хлопчатника изменяется спектр (набор) мультиферментных комплексов: в фазе 5-6 настоящих листьев был выделен один мультиферментный комплекс с молекулярной массой 52020 кД, а в фазах бутонизации и цветения растений - два с молекулярной массой 520 и 48015 кД.
  3. Установлено, что мультиферментные комплексы проявляли наибольшие величины ферментативных активностей, в фазах формирования репродуктивных органов – бутонизации и цветения. Для этих же фаз развития растений характерны наибольшие величины интенсивности фотосинтеза, Это указывает на то, что возрастание интенсивности фотосинтеза в эти фазы, наряду с другими факторами, обеспечивается увеличением ферментативных активностей различных типов мультиферментных комплексов цикла Кальвина.

Раскрыты механизмы регуляции активности мультиферментных комплексов в зависимости от морфофизиологического состояния растений. Показано, что активизация метаболизма, необходимая при переходе растения с фазы вегетации к репродуктивной фазе развития осуществляется благодаря вступлению в действие следующих биохимических механизмов регуляции: 1- образования нового типа мультиферментных комплексов; 2-диссоциативного механизма регуляции активности фосфорибулокиназы и рибулоза-1.5-бисфосфаткарбоксилазы в мультиферментных комплексах.
  1. Образование на различных фазах развития растений мультиферментных комплексов цикла Кальвина с различными величинами молекулярных масс и ферментативных активностей, по всей вероятности находится под генетическим контролем, регулируется дифференциальной экспрессией генов и обусловлено необходимостью обеспечения эпигенетических процессов большим количеством ассимилятов в период формирования репродуктивных органов.
  2. Показано, что независимо от величины молекулярной массы и возраста растений величина активностей фосфорибулокиназы и рибулозо-1.5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы у обоих мультиферментных комплексов при использовании в качестве субстрата рибозо-5-фосфата+АТФ были значительно выше, чем в присутствии собственных специфических субстратов: рибулозо-5-фосфата + АТФ для фосфорибулокиназы и рибулозо-1,5-бисфосфата для рибулозо-1.5-бисфосфаткарбоксилазы/ оксигеназы. Меньшая скорость протекания фосфорибулокиназной и РБФ-карбоксилазной реакций при использовании собственных специфических субстратов в сравнении с суммарной реакцией при добавлении рибозо-5-фосфата – первого субстрата метаболической цепи из пяти ферментов, свидетельствует о «каналировании» интермедиатов без выхода их за приделы микрокорпартмента мультиферментного комплекса Выявлены важнейшие механизмы регуляции активности ферментов в мультиферментных комплексах цикла Кальвина: «направленный» перенос метаболитов (интермедиатов), координированная и диссоциативная регуляция. Эти механизмы обеспечивают более высокую каталитическую эффективность ферментов, встроенных в мультиферментные комплексы в сравнении со свободными формами этих ферментов.
  3. Установлено, что для различных генотипов хлопчатника, арабидопсиса и гороха - растений относящихся к разным семействам, спектр (набор) свободных мультиферментных комплексов одинаков. Имеющиеся в литературе данные и полученные нами результаты дают основание полагать, что свободные мультиферментные комплексы с молекулярной массой 520±20кД и 480±15кД являются, по-видимому универсальными и характерными для всех видов высших растений.
  4. Показано, что у трёх генотипов хлопчатника и трёх генотипов арабидопсиса продуктивные мутанты превосходили исходные формы по содержанию и количеству водорастворимых белков в экстрактах из листьев, количеству электрофоретически гомогенных мультиферментных комплексов с молекулярной массой 520±20кД и 480±15кД, и по их ферментативной активности. Следовательно у мутантов произошло возрастание биосинтеза белков, в том числе белков – ферментов, а так же на модификационные изменения молекул ферментов, обусловивших повышение их каталитической активности. Об этом свидетельствует изменения кинетических параметров РБФК/О мутанта – возрастание максимальной скорости реакции Vmax и сродства фермента к обоим субстрат, т.е. уменьшение величин константа Михаэлиса Км. Таким образом, повышение продуктивности мутантов обусловлено наряду с другими факторами (форма куста, расположение листьев на нём, возрастание синтеза АТФ и НАДН, улучшение донорно-акцепторных отношений и т.д.) состоянием ферментативной системы цикла Кальвина.
  5. Обнаружено, что при выращивании растений хлопчатника в естественных условиях при пониженных, но благоприятных физиологических температурах воздуха (днём в тени 24-30ºС, ночью 16-21 ºС) набор (спектр) мультиферментных комплексов в фазе бутонизации растений не изменился, но возросли содержание и ферментативные активности мультиферментных комплексов цикла Кальвина.

Установлено, что при дальнейшем понижении освещённости и температуры воздуха на 8-9ºС (днём в тени 15-200С, ночью 8-120С) в листьях хлопчатника наряду с мультиферментным комплексом с молекулярной массой 520±20кД обнаружен свободный мультиферментный комплекс с молекулярной массой 400±10кД. Мультиферментный комплекс с молекулярной массой 400кД был обнаружен и в листьях гороха при зимнем (февраль) выращивании растений. Обнаружение в листьях хлопчатника и гороха, относящихся к различным генотипам, мультиферментного комплекса с молекулярной массой 400кД даёт основание считать, что появление этого нового типа мультиферментного комплекса связано по всей вероятности, с адаптацией растений к пониженным температурам и освещённости.

При понижении освещённости и температуры воздуха из листьев хлопчатника выделены два мультиферментных комплекса, а из листьев гороха – три. Это свидетельствует о специфическом для каждого вида растения ответе на изменившиеся условия внешней среды.
  1. Выявлено, что обеспечение необходимой метаболической активности организма при перестройке его функциональной деятельности в различном возрасте и при усилении действия различных факторов окружающей среды осуществляется с помощью трёх основных биохимических механизмов: синтеза новых типов мультиферментных комплексов цикла Кальвина, изменения количеств или концентраций уже имевшихся различных типов мультиферментных комплексов и адаптивной регуляции каталитической активности этих мультиферментных комплексов.
  2. Предложена схема механизмов регуляции активности ферментов цикла Кальвина и их мультиферментных комплексов при адаптации фотосинтетического аппарата растений к постоянно изменяющимся температуре воздуха и освещённости (рис. 12) с учётом литературных данных и собственных результатов.



ТЕМПЕРАТУРА И ОСВЕЩЁННОСТЬ





конформация молекул ферментов и комплексов, а так же их модификация



биосинтез ферментов и их комплексов


новые типы ферментов и их комплексов







каталитические свойства ферментов и их комплексов

количество и химический состав продуктов







отток ассимилятов






различные органы и процессы

Донорно-акцепторные отношения

Плодовые органы





Конечная продуктивность





Рис. 12. Механизмы адаптация активности мультиферментных комплексов цикла Кальвина к изменяющимся

температуре и освещённости.

Список работ опубликованных по теме диссертации

  1. Бабаджанова М.П., Мирзорахимов А.К., Алиев К.А. Некоторые кинетические свойства рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы листьев хлопчатника сорта 108-Ф и его мутанта Дуплекс. // Докл. АН ТаджССР, 1990, т.33, №2, с. 129-132.
  2. Бабаджанова М.П., Мирзорахимов А.К. Влияние температуры и рН на активность рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (РБФК/О) на листья хлопчатника сорта 108-Ф и его мутанта Дуплекс: Тезисы докладов Y-и Конференции биохимиков республик Средней Азии и Казахстана. – Ташкент, 1991, с. 203.
  3. Мирзорахимов А.К., Бакаева Н.П., Бабаджанова М.А., Лебедева Г.П., Множественные молекулярные формы рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (РБФК/О) из листьев хлопчатника сорта 108-Ф и его мутанта Дуплекс. // Труды конференции молодых учёных «Проблемы биологии и химии в Таджикистане».- Душанбе, 1991, с. 23.
  4. Мирзорахимов А.К., Рубцова Т.В., Фархади З.Н., Бабаджанова М.А., Алиев К.А. Карбоксилазная активность и полипептидный состав РБФ-карбоксилазы в связи с продуктивностью растений.// Докл. АН ТаджССР, 1991, т.12, №2, с. 129-132.
  5. Мирзорахимов А.К. Сравнительная характеристика РБФ-карбоксилазы различных по продуктивности форм хлопчатника. Множественные молекулярные формы фермента: Автореф.дис. кан. биол.наук. – Душанбе, 1992, 22 с.
  6. Бабаджанова М.А., Бакаева Н.П., Лебедева Г.П., Бабаджанова М.П., Мирзорахимов А.К. Проявление рибулозобисфосфаткарбоксилазой-

оксигеназой других ферментативных активностей. //Апрельская научно-теоретическая конференция профессорско-преподавательского состава Таджикского государственного национального университета: Тезисы докладов - Душанбе, 1993, с.78.
  1. Бабаджанова М.А., Лебедева Г.П., Мирзорахимов А.К., Бабаджанова М.П., Бакаева Н.П. Функциональный мультиферментный комплекс цикла Кальвина. // 1-ая Конференция биохимиков Таджикистана: Тез.докл. - Душанбе, 1993, с.78.
  2. Бабаджанова М.П., Мирзорахимов А.К. Бакаева Н.П., Лебедева Г.П. Множественные молекулярные формы рибулозобисфосфат- карбоксилазы из листьев хлопчатника. // Докл. АН ТаджССР.- 1993б, т.3, №3, с. 230-233.
  3. Бабаджанова М.П., Мирзорахимов А.К. Бакаева Н.П. Изучение активности РФИ, ФРК и РБФК/О хлопчатника при различных условиях хранения препаратов. //Труды Апрельской научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава Таджикского государственного национального университета: Тезисы докладов - Душанбе, 1994, с.76.
  4. Бакаева Н.П., Бабаджанова М.П., Мирзорахимов А.К. Определение ионизирующихся групп активных центров фосфорибулокиназы и рибулозобисфосфаткарбоксилазы хлопчатника.//Труды Апрельской научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава Таджикского государственного национального университета: Тезисы докладов.- Душанбе, 1994, с.74-77.
  5. Бабаджанова М.А., Бакаева Н.П., Мирзорахимов А.К. Определение ионизирующихся групп активных центров фосфорибулокиназы и рибулозобисфосфаткарбоксилазы хлопчатника.// Наука в ТГНУ, Душанбе, Сино, 1994, Вып.17, с. 74-76.
  6. Мирзорахимов А.К., Бакаева Н.П., Бабаджанова М.П. Исследование условий для проявления высокой активности ферментов РФИ, ФРК и РБФК хлопчатника сорта 108-Ф// Труды Апрельской научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава Таджикского государственного национального университета: Тезисы докладов.- Душанбе, 1994, с.77.
  7. Бабаджанова М.А., Бакаева Н.П., Мирзорахимов А.К. Тест-системы на высокую продуктивность фотосинтетического аппарата.// Фотосинтез, продукционный процесс и регуляция плодообразования у хлопчатника. - Душанбе, ТГНУ, 1996, с. 7-8.
  8. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Бабаджанова М.П., Бакаева Н.П. Динамические мультиферментные ассоциации цикла Кальвина. // Труды 11-ой научной конференции биохимического общества Республики Таджикистан - «Проблемы биохимии». - Душанбе, ТГНУ, 1996, с.10-12.
  9. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Бакаева Н.П. Молекулярные формы рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы из листьев гороха сорта «Крепыш». // Труды кафедры физиология человека и животных Таджикского государственного национального университета. «Морфологические и физиологические основы адаптации организма».- Душанбе, 1997, с. 32-33.
  10. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К. Молекулярные формы рибулозобисфосфат-карбоксилазы/оксигеназы из листьев различающихся по продуктивности форм арабидопсиса. // Труды Республиканской конференции посвящённое 50-летию Таджикского национального университета. - Душанбе, 1998, с. 7-8.
  11. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Бабаджанова М.П., Бакаева Н.П. Динамические мультиферментные комплексы цикла Кальвина: Тезис докладов Международной конференции «Физиология растений - наука III-го тысячелетия». - Москва, 1999, т.1, с. 20-21.
  12. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Бабаджанова М.П. Ферментативные активности мультиферментных комплексов цикла Кальвина из листьев гороха.// Вестник. ТГНУ. - Душанбе, 2004, №3, с. 27-31.
  13. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Нарзуллоев М.С. Определение молекулярной массы мультиферментного комплекса РФБК/О из листьев хлопчатника. // Материалы научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов посвящённые «15-й годовщине Республики Таджикистан», «2700-летию города Куляба» и «Году арийской цивилизации». Душанбе, 2006, т.1, с. 104.
  14. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Нарзуллоев М.С. Влияние кинетина на активность фосфорибулокиназы в экстрактах из листьев хлопчатника. // Докл. АН РТ. - Душанбе, 2007, т. 50, №4, с. 382-385.
  15. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Влияние кинетина на активность рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы в ферментативных препаратах различной степени очистки. // Докл. АН РТ. - Душанбе, 2007, т. 50, № 8, с.711-715.
  16. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Эсаналиева Ш.А. Активность мультиферментных комплексов цикла Кальвина листьев различающихся по продуктивности форм хлопчатника. // Докл. АН РТ. - Душанбе, 2007, т. 50, № 9, с. 789-801.
  17. Мирзорахимов А.К., Бабаджанова М.А., Нарзуллоев М.С. Выделение и отчистка мультиферментного комплекса из листьев хлопчатника сорта 108-Ф и его высокопродуктивной линии Л-461. // Материалы научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава и студентов посвящённые «800-летию поэта, великого мыслителя М.Д.Балхи» и «16-й годовщине Независимости Республики Таджикистан». - Душанбе, 2007, ч.1, с. 122-123.
  18. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Эсаналиева Ш.А. Образование различных мультиферментных комплексов в онтогенезе растений хлопчатника.// Достижения современной физиологии растений: теоретические и практические аспекты. Материалы научной конференции, посвящённой памяти академика АН РТ Ю.С. Насырова: Тезисы докладов – Душанбе, 2008, с.15-17.
  19. Бабаджанова М.А., Эсаналиева Ш.А., Мирзорахимов А.К Влияние кинетина на активность мультиферментного комплекса цикла Бенсона –Кальвина в экстрактах из листьев хлопчатника.// Состояние и перспективы развития биохимии в Таджикистане. Материалы Международной конференции, посвящённой 35-летию кафедры биохимии Таджикского национального университета: Тезисы докладов – Душанбе, 2009,с. 31-33.
  20. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Бабаджанова М.П., Эсаналиева Ш., Алиев К.А. Выделение свободных мультиферментных комплексов цикла Кальвина в онтогенезе растений хлопчатника. // Докл. АН РТ, 2009, т.52, №2, с. 150-157.
  21. Babajanova M.A., Mirzorakhimov A.K., Babajanova M.P., Esanalieva Sh.A.. Development pattern in the formation of various myltienzyme complex associated with Benson-Kalvin cycle in cotton leaves. // Rus.Plant Physiol. 2010, т.57, №2, р.175-180.
  22. Бабаджанова М.А., Мирзорахимов А.К., Эсаналиева Ш. Онтогенетическая зависимость образования различных мультиферментных комплексов цикла Бенсона-Кальвина. // Физиология растений, 2010, т.57, № 2, с. 186-191.
  23. Мирзорахимов А.К. Зависимость от внешних факторов ферментативных активностей свободных мультиферментных комплексов цикла Кальвина в листьях исходной и мутантной форм хлопчатника.//«Физиология растений и проблемы развития растениеводства в Таджикистане». Материалы республиканской конференции: Тезисы докладов – Душанбе, 2011,с. 38-40.
  24. Мирзорахимов А.К., Бабаджанова М.А., Эсаналиева Ш.А., Нарзуллаев М.С., Сайфутдинов А.К., Нематова К.Н. Онтогенетическая зависимость активирующего влияния кинетина на ферментативные активности свободного мультиферментного комплекса цикла Кальвина в листьях хлопчатника.// «Физиология растений и проблемы развития растениеводства в Таджикистане». Материалы республиканской конференции: Тезисы докладов – Душанбе, 2011,с. 48-50.
  25. Мирзорахимов А.К. Активность мультиферментных комплексов цикла Кальвина, листьев исходной и мутантной форм хлопчатника.//Докл.АН РТ, Душанбе, 2011, т.54 №7, с. 614-617.
  26. Мирзорахимов А.К. Регуляция фотосинтеза и активности ферментов цикла Каливина. Изд-во Контраст, Душанбе, 2011 г., 48с.