Состав: д.б.н., проф. Медведев С.С., к.б.н. Танкелюн О.В., к.б.н. Батов А.Ю.

Тема: Исследование роли систем мембранного транспорта кальция и протона в регуляции физиологических процессов pастений.

Ключевые слова: транспорт кальция и протона, Са-каналы, Са-АТФаза, Н⁺-АТФаза, Н⁺-пирофосфатаза, фосфатидные кислоты, фитогормоны, Са-сигналинг.

Одной из основных задач физиологии и биохимии растений XXI века является изучение степени интегрированности растительного организма, систем и способов регуляции его физиологических функций.

Задачами нашей группы является:

1) исследование механизмов мембранного транспорта кальция и протона;

2) анализ роли ионных насосов и каналов в электрофизиологической, гормональной, трофической и других системах регуляции физиологических процессов у растений.

Анализ транспорта ионов проводится на отрезках корней и колеоптилей кукурузы и везикулярных фракциях плазмалеммы и эндомембран растительных клеток. Очистка мембранной фракции, обогащенной везикулами эндомембран, осуществляется с помощью ступенчатого градиента плотности сахарозы. Очистка плазмалеммы – двумя методами: на ступенчатом градиенте плотности сахарозы и в двухфазной полимерной системе (полиэтиленгликоль/декстран).

В работе используются потенциометрические, спектрофотометрические и спектрофлуориметрические методы измерения концентрации ионов кальция и протона, а также мембранного потенциала, генерируемого на мембранах везикул. В работе группы также используются методы анализа липидов − тонкослойная и высокоэффективная газожидкостная хроматография, которые позволяют исследовать липидный состав мембран, динамику его изменения под влиянием внешних факторов, а также роль отдельных липидных компонентов, в том числе фосфатидной кислоты в механизмах транспорта ионов и внутриклеточной сигнализации.

Впервые в плазмалемме клеток корней кукурузы обнаружено функционирование потенциалзависимых и рецептороуправляемых Са-каналов и Н⁺-АТФазы. В эндомембранах обнаружено функционирование протонных насосов Н⁺-АТФазы и Н⁺-пирофосфатазы. Установлено, что Н⁺-пирофосфатаза внутриклеточных мембран обладает высокой чувствительностью к ионам Са²⁺ (I50 3,2 мкМ), что делает возможным регуляцию активности этого Н⁺-насоса изменением уровня Са²⁺ в цитоплазме. С использованием препаратов эндомембран, содержимое везикул которых было закислено с помощью протонных насосов, была выявлена активность Н⁺/Са²⁺ и Н⁺/NO3–-антипортера. В опытах in vitro было установлено, что фосфатидная кислота вызывает перенос ионов Са²⁺ внутрь мембранных везикул, выделенных из клеток проростков кукурузы. В настоящее время изучается влияние цитокинина на уровень фосфатидной кислоты в проростках кукурузы, природа/механизм трансмембранного транспорта Са²⁺ под действием фосфатидных кислот с различным жирнокислотным составом, что может служить основой Са²⁺-сигналинга в растительных клетках.

Основные публикации:

• Батов А.Ю., Юрконене С.В., Маркова И.В., Мошков А.В., Медведев С.С., Максимов Г.Б. Определение содержания ионов кальция с помощью флуоресцентного зонда Индо-1 в везикулах плазмалеммы, выделенных из растительных клеток // Физиол. растений. 1995. Т.42. вып.1, С. 144-148.

• Воронина О.В., Батов А.Ю., Танкелюн О.В., Мартинец Я., Медведев С.С. Фосфатидная кислота способна участвовать в переносе ионов кальция через биологические мембраны. // Вестник СПбГУ, Сер.3, 2007, вып.1(№3), с. 42-49.

• Г.Б.Максимов, В.В.Полевой, А.Ю.Батов, О.В.Танкелюн. Изучение полной активности АТФаз цитоплазматических мембран, выделенных из корней и колеоптилей кукурузы // В сб. Структура и функции биологических мембран растений. Новосибирск, Наука,1985,с.81-88

• Г.Б.Максимов, Н.И.Инге-Вечтомова, А.Ю.Батов. Сравнительный анализ электрофизиологических характеристик плазмалеммы из клеток корней и колеоптилей кукурузы // В сб. Электрофизиологические методы в изучении функционального состояния растений. М., ТСХА, 1988, с.60-71.

• Г.Б.Максимов, А.Ю.Батов. Роль гидролитической и транспортной функций Н⁺-АТФазы плазмалеммы в регуляции мембранного транспорта катионов в препаратах плазмалеммы // Физиология растений. 1989. Т.36, вып.5, с.919-925

• Маркова И.В., Батов А.Ю., Мошков А.В., Максимов Г.Б., Медведев С.С. Кальций-транспортирующие системы плазмалеммы колеоптилей кукурузы // Физиология растений. 1995. Т. 42. Вып. 2. С. 262-267.

• Маркова И.В., Катриченко М.И., Шевцов Ю.И., Батов А.Ю., Медведев C.C. Полярные потоки ионов Са в растительных тканях. II. Механизм формирования // Физиология растений. 1997. Том 44. Вып.6. C. 900-908.

• Медведев С.С. (1996). Физиологические основы полярности растений. // СПб: Кольна.

• Медведев С.С., Максимов Г.Б., Маркова И.В. Роль ионов кальция в регуляции гравитропизма // Experimental Biology. Vilnius. Lietuva. 1991, N 4. P.71-92.

• Медведев С.С., Маркова И.В. Участие ионов кальция в процессах роста и морфогенеза// Физиология и биохимия культурных растений. 1992. Т. 24. N. 3. С. 281-286.

• Медведев С.С., Батов А.Ю., Мошков А.В., Маркова И.В. Роль ионных каналов в трансдукции ауксинового сигнала // Физиология растений. 1999. Т.46, N 5. С. 620-625.

• Медведев С.С. Физиология растений. // Изд-во СПбГУ. СПб. 2004. 335 c. Учебник для университетов.

• Медведев С.С. Кальциевая сигнальная система // Физиология растений. 2005. Т.52, № 2. С.282-305.

• Медведев С.С., Танкелюн О.В, Батов А.Ю., Воронина О.В., Мартинец Я., Махачкова И. Ионофорные функции фосфатидной кислоты в растительной клетке // Физиология растений. 2006. Т.53. № 1. С. 45-53.

• Полевой В.В., Медведев С.С. Гормональная и электрофизиологическая регуляция роста и двигательной активности у растений // Организация, интеграция и регуляция биологических систем. Труды Биол. ин-та ЛГУ N 41. 1990. Л-д. Изд-во ЛГУ. С. 173-183.

• Н.И.Тихая, Г.Б.Максимов, Н.Е.Мишустина, Е.Б.Куркова, А.Ю.Батов, Т.В.Семенова, К.А.Тазабаева, Д.Б.Вахмистров Катионзависимая АТФазная активность мембран, изолированных из корней кукурузы // Физиология растений, 1984. Т.31.Вып.2, с.221- 228.

• Шахова Н.В., Танкелюн О.В. Некоторые характеристики АТФ- и пирофосфат-зависимого транспорта ионов Н⁺ фракции эндомембран из клеток колеоптилей проростков кукурузы // Вестн. С-Петербург. ун-та. Сер. 3. 2008. Вып.1. С. 69-79.

• Шишова М.Ф., Танкелюн О.В., Емельянов В.В., Полевой В.В. Рецепция и трансдукция сигналов у растений.//СПбГУ,2008. 262 с.