Эндоцитоз у растений

Открываются пути привнесения дополнительной генетической информации по желанию экспериментатора в целях создания трансгенных растений. Прямой перенос чужеродной ДНК в протопласты возможен также с помощью микроинъекции, трансформации, упаковки в липосомы с последующим их эндоцитозом растительными протопластами, и электропорации (высоковольтных электрических импульсов). [c.518]

Полиэтиленгликоль представляет собой сильно гидрофильное вещество и способен связывать много свободной воды в растворе свободная вода — это молекулы, доступные для взаимодействия с заряженными молекулами (обычно ионами), растворенными в воде. Таким образом, при высоких концентрациях ПЭГ такие макромолекулы, как ДНК, больше не могут оставаться в растворе и осаждаются. Мембрана протопласта в норме отрицательно заряжена. Благодаря фосфатным группам ДНК тоже имеет отрицательный заряд, и, следовательно, взаимное отталкивание зарядов препятствует взаимодействию между ДНК и протопластами. При очень высоких концентрациях (30—40% вес на объем) ПЭГ также, по-видимому, минимизирует взаимное отталкивание зарядов таким образом, клеточные мембраны могут прийти в тесный контакт с возможным слиянием липидных бислоев и впоследствии после разведения со слиянием клеток. Было показано, что полиэтиленгликоль представляет собой и сильный стимулятор эндоцитоза у протопластов растений при добавлении ПЭГ они способны поглощать большие частицы, например целые хлоропласты, липосомы или [c.203]

Животные клетки осуществляют перенос макромолекул через плазматическую мембрану путем эндоцитоза и экзоцитоза (см. гл. 6). В клетках растений эти процессы сильно затруднены из-за наличия жесткой клеточной стенки и тургорного давления. Ограниченная проницаемость клеточной стенки не позволяет микрочастицам и большинству макромолекул вступать в прямой контакт с внешней поверхностью плазматической мембраны поэтому растительные клетки за очень редким исключением ве могут поглощать такие частицы путем эндоцитоза. Это ограничение распространяется даже на жидко-фазный эидоцитоз малых молекул (разд. 6.5.4Х так как плазматическая мембрана в обычных условиях прижата к клеточной стегае тургорным давлением. Тем ве менее плазматическая мембрана растительной клетки образует многочисленные окаймленные ямки, которые, как полагают, отпгауровывают-ся, образуя окаймленные эндоцитозные пузырьки (рис. 19-35) (см. также разд. 6.5,7). [c.187]

Способность эукариот захватывать оформленные твердые частички, в том числе и живые клетки, имеет фундаментальное биологическое значение. В эндоцитозе можно усмотреть предпосылки для возникновений эндосимбиоза и его механизм. Обычно твердые частички, поглощенные путем фагоцитоза амебой, перевариваются ею и полностью ли-зируются. В ряде случаев, однако, результатом может быть внутриклеточный симбиоз. Наиболее известный пример такого эндосимбиоза-ассоциация клеток бобовых растений с бактериями рода Rhizobium в корневых клубеньках (разд. 13.1). Подобного рода эндосимбионты широко распространены у эукариот (разд. 17.2.1)..Способность эукариотических клеток приобретать эндосимбионтов говорит в пользу теории [c.26]

Фиксация азота. Заключительный этап развития симбиоза, на котором ризобии переходят к активной азотфиксации и к экспорту ее продуктов в растение, у большинства бобовых начинается после эндоцитоза бактерий в растительные клетки и формирования бактероидов. В бактероидах очень активно синтезируется нитрогеназа, которая может составлять до 30 % от их общего белка. Однако образование нитрогеназы — это наиболее важный, но не единственный процесс, определяющий функционирование клубеньков как органов симбиотической азотфиксации. Другими значимыми процессами являются формирование систем защиты нитрогеназы от молекулярного кислорода, обеспечение энергетических потребностей нитрогеназного комплекса и ассимиляция продуктов азотфиксации (табл. 4.4). Все эти функции выполняются бактериями и растениями совместно, что обеспечивается тесной структурной и функциональной интеграцией партнеров симбиоза. [c.177]

Таким образом, значительная часть генетической системы, контролирующей развитие клубеньков, возникла в ходе коэволюции растений с АМ-грибами. Поэтому способность к образованию АМ необходимо рассматривать как одну из ключевых преадаптаций растений, обусловивших возникновение азотфиксирующих симбиозов. Однако в процессе коэволюции бобовых и ризобий возник ряд новых стадий взаимодействия (наиболее существенными из них был эндоцитоз и формирование автономных симбиосом), обеспечивших усложнение морфологии системы и глубокую функциональную интеграцию партнеров. [c.189]

Как уже говорилось в гл. 1, прокариотический характер генетической системы органелл, особенно ярко выраженный у хлоропластов, позволяет предполагать, что митохондрии и хлоропласты произошли от бактерий, некогда поглощенных путем эндоцитоза Согласно этой эндосимбиотической гипотезе, клетки эукариот в начале своего эволюционного пути были анаэробными организмами без митохондрий и хлоропластов, а затем вступили в прочный симбиоз с бактериями и приспособили их систему окислительного фосфорилирования для своих нужд (рис. 7-74) Полагают, что событие, приведшее к появлению митохондрий, произошло 1,5 млрд. лет назад, когда в атмосферу поступило значительное количество кислорода, еще до разделения линий животных и растений (см. рис. 7-61). Вероятно, хлоропласты растений и водорослей появились позднее в результате другого эндосимбиоза, когда клеткой были захвачены фотосинтезирующие бактерии, выделяющие молекулярный кислород. Обычно предполагают, что произошло по меньшей мере три независимых события этого рода, так как тогда можно было бы объяснить различие пигментов и других особенностей у современных высших растений и у зеленых, бурых и красных водорослей (см. рис. 7-62). [c.499]

Что происходит с большим количеством нового мембранного материала, который добавляется к уже имеющейся плазматической мембране, в ходе все новых слияний с пузырьками В некоторых, активно секретирующих клетках растений, число транспортных пузырьков аппарата Г ольджи, участвующих в экзоцитозе, таково, что поверхность мембраны должна была бы удваиваться каждые 20 мин. Очевидно, однако, что плазматическая мембрана имеет постоянную площадь поверхности и, следовательно, существует какой-то механизм оборота мембранного материала. В плазматической мембране клеток растений существуют многочисленные окаймленные ямки (рис. 20-44, А). Полагают, что они участвуют в рециклировании мембраны, как это имеет место в клетках животных (см. разд. 6.5.4). Подобный путь жидкофазного эндоцитоза недавно был обнаружен у растительных клеток при анализе поглощения протопластами электрононлотных маркеров, таких как ферритин или коллоидное золото. Эти маркеры, введенные в протопласты, быстро попадали в сложную сеть мембранных трубочек, которые были названы частично покрытым (окаймленным) ретикулумом (рис. 20-44, Б и В). Полагают, что эта органелла функционально эквивалентна эндосомному компартменту клеток животных (см. разд. 6.5.4). Отсюда маркер попадает в крупные пузырьки и в конечном счете оказывается в вакуоли. Таким образом, основные внутриклеточные пути синтеза метаболитов, их сортировка, упаковка, секреция и эндоцитоз весьма сходны в клетках растений и животных. [c.419]

Рис. 20. Введение микроорганизмов в изолированные протопласты высших растений (по L. Fowke, О. Gamborg, 1981) а—поглощение путем инвагинации мембраны (эндоцитоз) б слияние мембран в — слияние мембраны протопласта с липосомой

В связи с проблемой сохранения интактности вводимых в протопласты органелл или микроорганизмов тот и другой способы имеют свои недостатки. Поглощение путем эндоцитоза приводит к изолированию вводимых в протопласт объектов в везикулах из плазмалеммы протопласта. Поскольку эти везикулы могут сливаться с лизосомальным аппаратом растительного протопласта, существует опасность, что это приведет к разрушению вводимого чужеродного материала. При слиянии происходит интеграция мембраны протопласта растения и микроорганизма, нарушение целостности микроорганизма и освобождение его органелл внутрь растительного протопласта. Обнаруженное для зеленых водорослей слияние с протопластами может рассматриваться, таким образом, как способ введения в растительную клетку не целых микроорганизмов, а интактных органелл. В качестве альтернативного пути, позволяющего преодолеть недостатки обоих рассматриваемых способов, предлагается заключать микроорганизмы в искусственные мембраны — липосомы (рис. 20). Этот прием уже был использован в опытах по введению в протопласты лука одноклеточных цианобактерий, заключенных в липидные капли. Преимущества данного методического приема видятся в том, что искусственные мембраны будут сливаться с плазмалеммой протопласта, освобождая таким образом интактные клетки микроорганизмов в цитоплазму протопласта. [c.59]

Методики выделения протопластов многих видов растений описаны в литературе [26, 32]. На рис. 2.13 представлена общая схема выделения протопластов из растительных тканей. У многих видов культурных растений не определены благоприятные условия для восстановления клеточной стенки и последующего деления выделенных протопластов. В случае других — сообщалось о низкой частоте деления. Отметим, что для трансформации необходимо использовать достаточно жизнеспособные протопласты, чтобы они могли пережить совместное культивирование с агробактериями или физические методы введения ДНК, например микроинъекцию, электропорацию и химически индуцированный эндоцитоз (гл. 3). Напомним, что разработка эффективной системы получения протопластов у ранее неизучен- [c.143]

В данном разделе мы останавливаемся на том, как определить оптимальную концентрацию ПЭГ 6000 для эффективного поглощения плазмиды протопластами растений. Однако ту же самую схему можно использовать и для оптимизации других параметров (например, подбора ДНК-носителя, среды для поглощения, pH, времени и температуры инкубации, концентрации ДНК, условий перемешивания и предварительной обработки протопластов), которые предположительно влияют на процесс поглощения. После стимуляции эндоцитоза любая плазмида, адсорбированная на внешней стороне протопластов, удаляется с помощью ДНКазы. Затем из заданного количества протопластов выделяют суммарную ДНК и оценивают количество встроенного в нее вектора с помощью ДНК-ДНК-гибридизации, используя радиоактивно меченную ДНК вектора в качестве пробы. Кроме того, для установления целостности поглощенной векторной ДНК можно использовать блоттинг-гибридизацию по Саузерну [11]. Такие методы в сочетании с анализом временной экспрессии вектора в обработанных плазмидой клетках позволяют быстро оптимизировать процедуры трансформации с помощью ПЭГ. [c.204]

Конъюгативный перенос бактериальных генов в клетки животных. Перенос генов во время конъюгации бактериальных клеток, когда мужские и женские клетки вступают в контакт друг с другом через объединяющий их цитоплазматический мостик, является широко распространенным и хорошо изученным генетическим явлением [224, 225]. Недавно была продемонстрирована возможность конъюгативного переноса ДНК из бактериальных клеток в культивируемые клетки животных [226]. В этой серии экспериментов В.Л. Ватерсу удалось показать, что гены устойчивости к антибиотикам, находящиеся в составе конъюгатив-ной плазмиды Е. соН, переносятся с низкой частотой в клетки яичников китайских хомячков СНО К1 из бактериальных клеток, давая возможность клеткам-реципиентам выживать на селективной среде в присутствии соответствующих антибиотиков. При этом не происходило поглощения бактериальных клеток клетками животных посредством эндоцитоза, и перенос имел место в присутствии ДНКазы в питательной среде, что исключало непосредственный захват ДНК клетками из культуральной жидкости. Чужеродная ДНК реплицировалась в клетках животных, а экспрессия генов генетических маркеров происходила лишь в том случае, если гены находились под контролем эукариотических промоторов. Хотя конъюгативный перенос генов бактерий в клетки дрожжей, а также растений (Ti-плазмиды) известен давно, обсуждаемая работа впервые продемонстрировала возможность непосредственного обмена генами между бактериями и клетками высших животных. В том случае, если данный процесс удастся оптимизировать, у генной инженерии появится дополнительная возможность введения очень больших молекул ДНК в клетки животных, в том числе и в целях генотерапии. [c.154]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология