Cтраница 4
Было показано также, что обработка чувствительного органа соответствующим гормоном вызывает дерепрессию репрессированных ранее генов, ответственных за выработку специфических ферментов. Особенно удачным примером тому служит алейроновый слой прорастающих зерен ячменя. В нормально прорастающем семени растущий зародыш посылает в алейроновый слой сигнал, который вызывает образование фермента ос-амилазы, гидролизующей затем крахмал эндосперма зерновок ячменя. Изолированные и размоченные алейроновые слои или лишенные зародыша размоченные зерна ячменя дышат и продолжают оставаться живыми и здоровыми, однако они совершенно неспособны синтезировать а-амилазу. Если, однако, обработать изолированные алейроновые слои ячменя гибберелловой кислотой, то в них образуются большие количества а-ами-лазы. Мы можем заключить отсюда, что гибберелловая кислота и есть то сигнальное вещество, которое прорастающий зародыш посылает в алейроновый слой. Синтез а-амилазы ингибируется пуромицином - веществом, специфически блокирующим синтез белка в рибосомах. Таким образом, ясно, что а-амилаза в алейроновом слое синтезируется из аминокислот de novo и что в процессе синтеза происходит расшифровка информационной РНК рибосомами. Поскольку индуцированный гибберелловой кислотой синтез а-амилазы подавляется актиномицином D, мы можем заключить, что в отсутствие этого ингибитора гибберелловая кислота стимулирует синтез необходимой информационной РНК. [46]
Гетеротрофные микроорганизмы выделяют в среду гидролитические ферменты - протеазу, целлюлазу, амилазу. Функция этих ферментов очевидна: она состоит в том, чтобы превращать нерастворимые вещества в доступные субстраты, используемые для роста. Подобного рода гидролитические ферменты выделяют в эндосперм щиток и клетки алейронового слоя прорастающих семян. Вследствие этого крахмал, белок и РНК эндосперма становятся доступны растущему зародышу. У насекомоядных растений имеются особые секреторные клетки, которые продуцируют ферменты, необходимые для переваривания добычи. Хотя ни в одном из указанных случаев механизм секреции не изучен, смысл секреции ферментов высокоспециализированными клетками очевиден. [47]
Совершенно очевидно, что различные типы специализированных клеток в данном организме отличаются друг от друга по содержанию в них различных ферментов. Так, мы знаем, что уреазу следует получать из семядолей канавалии мечевидной, а не из корней, листьев или других органов этого растения. Мы знаем также, чтоа-амилаза образуется в больших количествах в алейроновом слое зерен ячменя, тогда как в других тканях растений ячменя этот фермент присутствует в очень низких концентрациях. Было проведено значительное число прямых исследований для выяснения того, насколько различные типы соматических клеток различаются между собой по содержанию в них ферментов. Наиболее ярким примером подобного рода исследований служит работа Ван Фли-та [19], который показал, что полифенолаза и липоксидаза содержатся в больших количествах в клетках эндодермы корня и отсутствуют в клетках коры. В эпидермисе корня некоторых злаков удлиненные клетки чередуются с укороченными. Именно из таких укороченных клеток ( но не из удлиненных) со временем образуются корневые волоски. Эверс показал, что в укороченных клетках, даже перед тем, как они образуют корневые волоски, отмечается высокое содержание кислой фосфатазы, тогда как в удлиненных клетках на той же стадии развития почти не имеется этого фермента. [48]
Общий путь превращения запасного крахмала в продукты, пригодные для использования зародышем, в семенах зерновых культур состоит в гидролизе крахмала в эндосперме до глюкозы под действием а-амилазы, Р - амилазы и мальтазы. Активность Р - амилазы локализована в крахмалистых клетках эндосперма; этот фермент синтезируется в период развития и созревания семян. Активность а-амилазы и мальтазы, по-видимому, возрастает в результате синтеза de novo, который происходит либо в клетках алейронового слоя, либо в щитке под влиянием гибберелловой кислоты. Образующаяся таким образом глюкоза поглощается щитком и превращается в сахарозу, которая перемещается в ткани осевых органов. [49]
Было показано также, что обработка чувствительного органа соответствующим гормоном вызывает дерепрессию репрессированных ранее генов, ответственных за выработку специфических ферментов. Особенно удачным примером тому служит алейроновый слой прорастающих зерен ячменя. В нормально прорастающем семени растущий зародыш посылает в алейроновый слой сигнал, который вызывает образование фермента ос-амилазы, гидролизующей затем крахмал эндосперма зерновок ячменя. Изолированные и размоченные алейроновые слои или лишенные зародыша размоченные зерна ячменя дышат и продолжают оставаться живыми и здоровыми, однако они совершенно неспособны синтезировать а-амилазу. Если, однако, обработать изолированные алейроновые слои ячменя гибберелловой кислотой, то в них образуются большие количества а-ами-лазы. Мы можем заключить отсюда, что гибберелловая кислота и есть то сигнальное вещество, которое прорастающий зародыш посылает в алейроновый слой. Синтез а-амилазы ингибируется пуромицином - веществом, специфически блокирующим синтез белка в рибосомах. Таким образом, ясно, что а-амилаза в алейроновом слое синтезируется из аминокислот de novo и что в процессе синтеза происходит расшифровка информационной РНК рибосомами. Поскольку индуцированный гибберелловой кислотой синтез а-амилазы подавляется актиномицином D, мы можем заключить, что в отсутствие этого ингибитора гибберелловая кислота стимулирует синтез необходимой информационной РНК. [50]
После того как у кукурузы была найдена группа комплементарных генов, управляющих синтезом антоциана, встал вопрос о возможности создания модели последовательности генов, основанной на генетических и биохимических данных. Редди и Ко [77] сообщили, что изолированные ткани алейронового слоя из зерен комплементарных генотипов могут окрашиваться при контакте друг с другом. Однако действие является однонаправленным; для данной пары одна из тканей ( реципиент) проявляет пигмент, в то время как другая ( донор) не проявляет. Наиболее простое объяснение эффекта состоит в том, что донор блокируется на стадии синтеза антоциана вне блока, представленного у реципиента, а предшественник донора диффундирует в ткань реципиента и впоследствии превращается в антоциан. [51]
Формирование клеточной стенки у разных злаков занимает разное время: у риса - 9 дней после оплодотворения, у пшеницы - 20 дней, а у ячменя - 30 дней, причем клеточная стенка эндосперма у риса и кукурузы тоньше, чем у пшеницы и ячменя. Состав клеточных стенок в зерне одной культуры существенно варьирует. У ячменя клеточная стенка в алейроновом слое на 65 - 67 % состоит из пентозана и на 26 - 29 % - из глюкана, тогда как в эндосперме она состоит на 20 % из пентозана и на 70 % - из глюкана. У пшеницы, ячменя и риса клеточные стенки в алейроновом слое толще, чем в эндосперме, и состоят из двух разных слоев. Более тонкий внутренний слой в процессе прорастания практически не меняется, тогда как внешний слой, имеющий бороздчатое или пластинчатое строение, по мере развития зерна сильно сморщивается, в нем обнаруживаются щелочные экстракты и микрофибриллы целлюлозы. В клеточной стенке в алейроновом слое наблюдаются широкие межклеточные каналы, по которым, как полагают, осуществляется межклеточная коммуникация и которые могут способствовать перемещению ферментов. [52]
Пшеничное зерно состоит из наружной оболочки, мучнистого вещества и зародыша. Мучнистое вещество, составляющее основную массу зерна, содержит плотно упакованные крахмальные зерна. Это отражается на форме зерен; они круглы, линзообразны, сплющены. Крахмальная масса окружена угловатыми серыми алейроновыми клетками. Этот алейроновый слой, как и остальное мучнистое вещество, пронизан пшеничной клейковиной, состоящей из смзси белков. Вследствие этого пшеничное зерно содержит значительно меньше воды и больше азота, чем картофель, и крахмал более плотно упакован в зерне. Такая структура зерна определяет метод выделения из него крахмала. [53]