Степень открытости устьиц сложным образом регулируется

Известно несколько параметров, влияющих на открывание устьиц. Открывание регулируется светом с участием рецептора синего света (раздел 19.9). Важным фактором является также концентрация СО₂ в межклеточном пространстве, хотя природа сенсора СО₂ неизвестна. Закрывание устьиц вызывается действием абсцизовой кислоты (АБК) в микромолярных концентрациях (раздел 19.6). Если из-за водного дефицита водный потенциал снижается ниже критической отметки, начинается усиленный синтез АБК. Эффект АБК на закрывание устьиц зависит от внутриклеточной концентрации СО₂ и присутствия сигнального соединения — оксида азота (NO) (раздел 19.9). Связывание АБК с рецептором на мембране запускает один или несколько сигнальных каскадов, приводящих к изменению активности ионных каналов. Существуют убедительные доказательства того, что в сигнальных каскадах участвуют протеинкиназы, циклическая АДФ-рибоза и инозитолтрифосфат, и в результате происходит открывание Са²⁺-каналов плазма-леммы и внутриклеточных Са²⁺ депо, таких, как эндоплазматический ретикулум. Попадающие в цитозоль ионы Са²⁺ служат вторичными мессенджерами (раздел 19.6). Посредством сигнальных каскадов АБК активирует анионные каналы замыкающих клеток, что приводит к выходу анионов. В результате происходит деполяризация плазматической мембраны и, как следствие, активация выходных К⁺-каналов (outward channel) (раздел 1.10). NO регулирует

Рис. 8.4. Схема процессов, происходящих при открывании устьиц, если в качестве основного аниона выступает малат. Перенос протонов Н⁺-Р-АТФазой плазматической мембраны (I) замыкающих клеток приводит к повышению протонного потенциала и гиперполяризации. При этом открываются потенциалзависимые входные К+-каналы (2) и за счет энергии протонного градиента через этот канал в клетку входят ионы калия. Одновременно в хлоропластах происходит гидролиз крахмала с образованием триозофосфата, который затем выходит из хлоропластов через триозофосфат-фосфатный переносчик (3) и в цитозоле превращается в оксалоацетат. Оксалоацетат транспортируется в хлоропласты (4) и восстанавливается до малата. Малат выносится из хлоропластов в цитозоль возможно через тот же переносчик, который обеспечивает вход оксалоацетата (5). Механизм накопления калия и малата в вакуолях замыкающих клеток до сих пор в деталях не изучен. Протоны переносятся в вакуоль (6) с помощью Н+-У-АТФазы, и затем обмениваются на ионы калия (7). Разность электрических потенциалов, образованная Н+-У-АТФазой, служит движущей силой для входа ионов малата через малатный канал (8). Накопление калия и малата повышает осмотический потенициал в вакуоли и приводит к входу воды. Для ресинтеза крахмала в замыкающие клетки в симпорте с протоном поступает глюкоза (9). (Более вероятно — сахароза. — Прим, ред.) В цитозоле глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат, который транспортируется в хлоропласт через глюкозо-6-фосфат-фосфатный переносчик (3).

ФЕП-карбоксилаза

Фосфоенолпируват

Оксалоацетат

Рис. 8.5. Фосфоенолпируваткарбоксилаза

(ФЕП-карбоксилаза)

активность Са²⁺-чувствительных ионных каналов, вызывая повышение концентрации Са²⁺ в цитозоле за счет выхода Са²⁺ из внутриклеточных депо. Это приводит к выходу из замыкающих клеток К⁺, малата²’ и О’. Таким образом, действуя вместе, АБК и NO снижают осмотическое давление в замыкающих клетках, что, в свою очередь, приводит к снижению клеточного объема и закрыванию устьиц. Применение метода пэтч-кламп (раздел 1.10) позволило по-новому взглянуть на роль отдельных ионных каналов в процессе открывания и закрывания устьиц. NO, предположительно, образуется с помощью фермента NO-синтазы (раздел 19.9) или при восстановлении нитрита (NO^[1] ), которое катализируется нитратредуктазой (раздел 10.1). В замыкающих клетках нитратредук-таза индуцируется АБК. Очевидно, что АБК и NO сложным образом взаимодействуют в процессе регуляции открывания устьиц.

• [1] Здесь и далее — усредненные величины, которые могут варьировать в зависимости от степени водного дефицита и вида растений. — Прим. ред. 2 Кроме того, изоформы и карбоангидразы присутствуют также в цитозоле и в люмене тилакоидов. — Прим. ред. 3 Как следует из названия фермента, основная его активность — восстановление нитрата. Восстановление нитрита — побочный процесс, который идет в клетке с низкой эффективностью. — Прим. ред.