Биосинтез клеточной стенки. Биосинтез целлюлозы Синтез крахмала и целлюлозы

Процессы образования микрофибрилл целлюлозы (и вообще биосинтеза целлюлозы) могут протекать внутри или вне клеток. Внутриклеточные процессы являются в полной мере биохимическими и включают серию сложных превращений, в результате которых продукты жизнедеятельности клеток (растений, животных, микроорганизмов) превращаются в активированную форму глюкозы, после чего глюкоза может войти в состав инертной, нерастворимой, устойчивой микрофибриллы. Насколько известно, все эти процессы происходят внутри клетки пли в мембране ее цитоплазмы; они подробно описаны в предыдущем разделе. Однако имеются данные, показывающие, что в действительности включение остатков глюкозы в микрофибриллу происходит вне мембраны цитоплазмы. Следовательно, эти процессы, как биохимические, так и физические, протекают вне клетки и ниже будут рассмотрены только такие процессы.[ ...]

Полученные им данные подтверждают, что в результате жизнедеятельности клеток A. xylinum происходит превращение экзогенного субстрата в целлюлозу и двуокись углерода, причем исходным веществом для синтеза целлюлозы, вероятно, является фосфат гексозы. Глязер впервые осуществил биосинтез целлюлозы в бесклеточной системе из A. xylinum. Нерастворимый фермент, осажденный центрифугированием (lOOOOOg), катализировал перенос остатков D-глюкозы от УДФ-D-глюкозы, меченной изотопом 14С. В результате образовывался радиоактивный полисахарид, нерастворимый в воде и щелочи. Методом ферментативного гидролиза в присутствии целлюлазы Myrotheciurn verrucaria, а также методом частичного кислотного гидролиза и выделения целлобиозы, обладавшей постоянной радиоактивностью, было установлено, что синтезированный полисахарид является целлюлозой. Образованию нерастворимой целлюлозы способствовало добавление высокомолекулярных, растворимых целлодекстринов. Ферменты, ответственные за синтез целлюлозы, были отделены от ферментов, катализирующих образование УДФ-Б-глюкозы из a-D-глюкозо-1 -фосфата. Однако содержание в целлюлозе радиоактивной глюкозы составляло только 1-2% того количества, которое содержится в образующейся целлюлозе, когда субстратом является УДФ-0-глюкоза-14С. При использовании УДФ--глюкозы-иС в целлюлозе содержалось приблизительно такое же количество радиоактивной глюкозы, как и в целлюлозе, синтезировапиой Глязером. Барбер также установил, что донором D-глюкозы-НС при биосинтезе целлюлозы может служить и ТДФ-0-глюкоза-14С, но она менее активна, чем УДФ-0-глкжоза-14С. Целлюлоза не образовалась, когда в качестве субстрата применили другие нуклеотиды.[ ...]

Перенос Б-глюкозного остатка от нуклеозиддифосфат-О-глюкозы на глюколииид происходит вблизи мембраны или па мембране цитоплазмы, затем О-глюкоза, соединенная с липидным компонентом, мигрирует за пределы клетки. В этом процессе липидный компонент осуществляет транспортную функцию, делая возможным проникновение глюкозы из клетки во внешнюю сферу, где глюкоза иолимеризуется с образованием целлюлозы.[ ...]

Изучение процессов включения в состав полисахаридов и последующего выделения из них радиоактивной глюкозы или сахарозы, протекающих в тканях корней пшеницы, также подтвердило обратимость биосинтеза целлюлозы и присутствие в клетках корней активной целлюлазы (или целлюлаз), вызывающей деструкцию микрофибрилл после их образования. Эти данные опровергают ранее установившийся взгляд на целлюлозу, как на вещество инертное в процессах метаболизма. Полученные этими исследователями данные не позволяют, однако, сделать каких-либо других выводов, поскольку «не имеется достаточного количества сведений для объяснения механизма обмена».[ ...]

Другой фермент , способный образовывать на субстрате ГДФ-0-глюкозы-14С полисахарид, по свойствам идентичный природной целлюлозе, обнаружен в быстро растущих корневых тканях маша, гороха, пшеницы, во фруктовой мезге, а также семенах и волокнах незрелых хлопковых коробочек . Роль фермента, синтезирующего целлюлозу, заключается в переносе активированных D-глю-козных остатков на растущую полисахаридную цепь. Этот фермент был очень специфичен в случае ГДФ-Г)-глюкозы, но не проявлял специфичности при использовании других меченных изотопом 14С нуклеотидов глюкозы, у которых агликонами были урацил, аденин, тимин или цитозин, и такие нуклеотиды не могли служить субстратами при биосинтезе целлюлозы.

I. Обзор литературы.

1. Состав и структура клеточной стенки.

2. Биосинтез компонентов клеточной стенки.

3. Биосинтез целлюлозы.

3.1. Субстраты биосинтеза целлюлозы и пути их образования.

3.2. Каталитический центр. Терминальные комплексы, розетки. 28 3.3.Ориентация микрофибрилл. Участие цитоскелета в формировании клеточной стенки растений.

4. Первичная и вторичная клеточная стенка.

5. Использование методов микроскопии для изучения клеточной стенки растений.

II. Объекты и методы.

1. Общая характеристика объектов исследования.

1.1 .Флоэмные волокна стебля льна-долгунца

Linum usitatissimum L).

1.2. Волоски семян хлопчатника (Gossypium hirsutum L.).

1.3. Культура клеток циннии {Zinnia elegans L.), формирующая трахеальные элементы.

2. Подготовка растительного материала.

3. Флуоресцентная микроскопия.

3.1. Подготовка срезов стебля льна-долгунца.

3.2.Подготовка клеток циннии.

4. Сканирующая электронная микроскопия.

5. Трансмиссионная электронная микроскопия метод ультратонких срезов).

6. Цитохимический анализ.

7. Иммуноцитохимический анализ.

37.1. Проведение иммуноцитохимической реакции с антителом к ß-(l->4)-D - галактанам на ультратонких срезах стебля льна.

7.2. Проведение иммуноцитохимической реакции с антителами к сахарозосинтазе, актину и каллозе на ультратонких срезах волосков семян хлопчатника и трахеальных элементах циннии.

8. Статистическая обработка результатов.

8.1. Количественная оценка иммуноэлектронно-микроскопической метки на срезах флоэмных волокон льна-долгунца.

8.2. Количественная оценка иммуноэлектронно-микроскопической метки на срезах волосков семян хлопчатника.

8.3. Количественная оценка иммуноэлекроно-микроскопической метки на срезах трахеальных элементов циннии.

III. Результаты и обсуждение.

1. Волокна склеренхимы: флоэмные волокна льна-долгунца.

1.1. Флюоресцентная микроскопия.

1.1.1. Характеристика и использование точки слома

ТС) для планирования и проведения экспериментов.

1.1.2. Окрашивание срезов Cellufluor (СФ).

1.1.3. Окрашивание срезов специфическим красителем на пектиновые вещества (СКП).

1.1.4. Динамика формирования флоэмных волокон.

1.1.5. Аутофлуоресценция лигнина во флоэмных волокнах и сосудах ксилемы в стебле льна-долгунца.

1.1.6. Механическое разделение пучков флоэмных волокон луба) и слоя клеток вторичной ксилемы (древесины).

41.2. Изучение строения флоэмных волокон и структуры клеточной стенки методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

1.2.1. Расслоение стебля льна-долгунца на последних стадиях созревания.

1.2.2. Поверхность флоэмных волокон.

Закрученность волокон.

1.3. Изучение флоэмных волокон в ходе онтогенеза растений льна-долгунца методами трансмиссионной электронной микроскопии.

1.3.1. Ультраструктура флоэмных волокон.

1.3.2. Цитохимический анализ флоэмных волокон. Результаты окрашивания срезов по методу Тьери. Двуслойность клеточной стенки волокон.

1.3.3. Иммуноцитохимический анализ распределения галактана в тканях стебля льна-долгунца.

1.3.4. Определение локализации лигнина во флоэмных волокон и вторичной ксилемы методом цитохимии-ческого анализа фермент-золото (enzyme-gold).

2. Трихомы: волоски семян хлопчатника.

2.1. Ультраструктура волосков семян хлопчатника.

2.2. Иммуноцитохимическая локализация клеточных структур, белков и полисахаридов, участвующих в формировании клеточной стенки и входящих в ее состав. 201 2.2.1. Иммуноцитохимическая локализация сахарозосинтазы.

2.2.2. Иммуноцитохимическая локализация каллозы.

2.2.3. Двойное иммуномечение ультратонких срезов: сахарозосинтаза + каллоза.

52.2.4. Иммуноцитохимическая локализация актина. 214 2.2.5. Двойное иммуномечение ультратонких срезов: сахарозосинтаза + актин.

3. Трахеальные элементы: культивируемые клетки циннии {Zinnia elegans L.).

3.1. Ультраструктура трахеальных элементов циннии.

3.2. Иммунофлуорусцентная микроскопия.

3.3. Электронно-микроскопическая иммунолокализация клеточных структур и белков, участвующих в формировании клеточной стенки трахеальных элементов циннии.

3.4. Анализ взаиморасположения структур с использованием иммуноцитохимических реакций на ультратонких серийных срезах.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурно-функциональная характеристика формирования клеточных стенок в растительных тканях, специализированных на интенсивном синтезе целлюлозы»

Целлюлоза является основным по массе органическим веществом биосферы, широко используется во многих современных производствах (Тарчевский, Марченко, 1985). При этом, как отмечается в ряде работ (Amor et al., 1995, Delmer, 1999, Haigler et al., 2001), нет другого такого процесса в растениях, который был бы столь важен и столь мало изучен на молекулярном уровне, как синтез целлюлозы. Основное количество целлюлозы содержится в так называемых вторичных клеточных стенках растений. Вторичная клеточная стенка - это слой клеточной стенки, который формируется клетками, закончившими свой рост. Он характерен, в первую очередь, для клеток тканей, выполняющих опорно-механическую и проводящую функции. Эти клетки обычно обладают рядом особенностей: значительная длина (до нескольких сантиметров), особенности роста, индивидуальная динамика клеточных органелл, толстая клеточная стенка, состав клеточной стенки. Жизнедеятельность этих специализированных клеток в большой степени направлена на интенсивный синтез компонентов клеточной стенки, поэтому они являются удобным объектом для изучения процесса формирования вторичной клеточной стенки и, в частности, процесса биосинтеза целлюлозы.

Синтез микрофибрилл целлюлозы в растениях является высоко скоординированным процессом, который происходит на поверхности плазматической мембраны (Delmer, 1982). Имеются основания полагать, что биосинтез целлюлозы обусловлен взаимодействием нескольких белков и участием ряда органелл (Delmer, Amor, 1995, Haigler et al., 2001., Salnikov et al., 2001, 2003), однако детали этого процесса и взаимодействия структур едва начинают поддаваться пониманию.

Незаменимым инструментом в исследовании механизмов синтеза целлюлозы и других структурных полисахаридов являются методы электронной микроскопии. Однако их использование для клеток, имеющих вторичную клеточную стенку, сталкивается с рядом проблем. Так, достижение высокого качества химической фиксации материала для ультраструктурных исследований осложняется толщиной клеточной стенки, а также наличием крупной вакуоли и, как следствие, особой чувствительностью к изменениям осмотичности растворов-фиксаторов. Все эти факторы усиливают неизбежность тенденции к медленной химической фиксации, иммобилизирующей цитоплазму в состоянии, когда она уже значительно нарушена в ходе приготовления образца (Mersey, McCully, 1978). Артефакты химической фиксации приносят особенный ущерб исследованиям синтеза целлюлозы, который организован в пределах клеточного кортекса и особенно чувствителен к манипуляциям в ходе приготовления образцов для электронной микроскопии. Появление новых методов фиксации, таких как замораживание-скалывание, замораживание-замещение и замораживание-замещение под высоким давлением, открывают новые возможности для исследований растительных клеток и тканей. Однако к началу наших исследований они не были адаптированы для анализа клеток с толстой вторичной клеточной стенкой.

Цель и задачи исследования.

Целью нашей работы было изучение структурно-функциональных характеристик формирования клеточных стенок в тканях, специализированных на интенсивном синтезе целлюлозы. Ее реализация связывалась с решением следующих задач:

1. Адаптировать современные методы анализа ультраструктуры растительных тканей для клеток, характеризующихся толстой клеточной стенкой с высоким содержанием целлюлозы.

2. Проанализировать динамику формирования клеточных стенок в различных тканях, формирующих вторичнюу клеточную стенку.

3. Охарактеризовать ультраструктуру разных типов клеток, специализированных на формировании вторичной клеточной стенки.

4. Определить локализацию ключевых структур и белков, участвующих в формировании микрофибрилл целлюлозы.

85. Сопоставить структурно-функциональные характеристики формирования первичной и вторичной клеточной стенки.

Научная новизна работы.

В работе получили развитие представления о динамичности и мозаичности структуры клеточной стенки и механизмах формирования целлюлозных микрофибрилл. Показано, что механизмы синтеза целлюлозы первичной и вторичной клеточной стенки качественно различимы.

Проведено комплексное исследование по изучению динамики роста и формирования склеренхимных волокон с использованием методов световой флуоресцентной микроскопии, электронной микроскопии (сканирующая и трансмиссионная) и иммуноцитохимического анализа. Впервые продемонстрированы особенности формирования вторичных клеточных стенок флоэмных волокон льна-долгунца. Выявлена постсинтетическая модификация р-(1->4)-0-галактана во время утолщения клеточной стенки, доказана тканеспецифичность этого высокомолекулярного полимера. Впервые продемонстрирована мозаичность распределения лигнина и других фенольных соединений во вторичной клеточной стенке флоэмных волокон льна-долгунца.

Разработаны методы криогенной фиксации (замораживание-замещение) и особый режим проводки образцов через градиент эпоксидных смол. В результате такой фиксации появилась возможность описать ряд органелл волосков семян хлопчатника, включая структуры аппарата Гольджи, мультивезикулярные тельца и пропластиды.

Впервые на ультраструктурном уровне локализована особая форма сахарозосинтазы, связанная с плазматической мембраной. При анализе серийных ультратонких срезов впервые установлено взаиморасположение отдельных клеточных структур, участвующих в формировании микрофибрилл целлюлозы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1). В формирующемся стебле льна-долгунца, в верхней его части существует специфический участок - «точка слома», где стебель значительно меняет свои механические свойства, что связано с изменением стадии формирования флоэмных волокон.

2). Утолщение клеточной стенки флоэмных волокон льна-долгунца начинается на внешней периферии пучка и продолжается по направлению к центру стебля.

3). Обнаруженный во вторичной клеточной стенке флоэмных волокон льна-долгунца буферорастворимый галактан является тканеспецифичным, то есть присутствует только во флоэмных волокнах этих растений.

4). Вторичная клеточная стенка флоэмных волокон характеризуется мозаичностью распределения лигнина и других фенольных соединений.

5). Метод замораживания-замещения позволяет установить стабильно воспроизводимую локализацию лабильных белковых структур-антигенов.

6). В клетках, специализированных на интенсивном синтезе целлюлозы, во время отложения вторичной клеточной стенки всегда присутствует особая форма сахарозосинтазы, которая локализована вплотную к плазматической мембране.

7). Актиновые микрофиламенты не являются обязательными участниками формирования вторичных клеточных стенок, а обнаруживаются лишь при сложной пространственной организации этого процесса, например, при образовании локальных утолщений клеточных стенок в трахеальных элементах.

8). Каллоза существует в виде постоянного слоя в ходе формирования вторичной клеточной стенки волосков семян хлопчатника и, вероятно, выполняет роль невзаимодействующего матрикса, в котором происходит кристаллизация микрофибрилл целлюлозы.

Практическое значение работы.

Практическое значение данной работы во многом определяется тем, что объектами исследования были флоэмные волокна льна-долгунца {Цпит ш^а^тит Ь.) и волоски семян хлопчатника (Созягршт кшиШт Ь.) -ткани важнейших технических культур. Получены данные, позволяющие изменить представление об их формировании.

Проведен комплексный анализ формирования клеточной стенки волокон льна-долгунца, что может послужить практическим руководством для изучения сходных по значению технических культур таких, как конопля, рами и других.

Детально разработаны приемы быстрой криогенной фиксации растительной ткани (замораживание-замещение), анализа серийных ультратонких срезов, современных методов иммуноцитохимии, что может быть использовано в работах, где необходимо установить стабильно воспроизводимую локализацию лабильных белковых структур.

Личный вклад соискателя.

Представляемые в работе данные были получены в совместных исследованиях с коллегами из лаборатории Казанского института биохимии и биофизики КНЦ РАН и в лаборатории электронной микроскопии Техасского технического университета (США). В диссертацию включены и вынесены на защиту только те результаты, в которых автору принадлежит существенная или определяющая роль.

Апробация работы.

Материалы диссертации были представлены автором на регулярных итоговых конференциях КИББ КНЦ РАН, на трех Всесоюзных конференциях "Биосинтез целлюлозы" (Казань 1980, 1985, 1990), на Всесоюзной конференции по химии и биохимии углеводов (Пущино, 1982), на VI Всесоюзном симпозиуме "Ультраструктура растений" (Чернигов, 1988), на регулярных международных конференциях по клеточной стенке (VI Cell Wall Meeting -Nijmegen, Голландия, 1992, VII - Santiago de Compostella, Испания, 1995, VIII -Norwich, Англия, 1998, IX - Toulouse, Франция, 2001, X -Sorrento, Италия, 2004), на II Международной конференции по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 2002), на V Съезде физиологов растений России (Пенза, 2004). Диссертационная работа в завершенном виде была представлена в виде устного доклада на семинарах в Казанском институте биохимии и биофизики КНЦ РАН и в Техасском техническом университете (Лаббок, США).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано около 60 научных работ. В список опубликованных работ входят две монографии, статьи в отечественных ("Доклады РАН", "Физиология растений", "Цитология", "Ботанический журнал") и зарубежных ("Plant Molecular Biology", "Phytochemistry", "Plant cJb /

Physiology", "Protoplasma", "AnnuarBotany", "Natural Fiber", "Industrial Crops and Products") журналах, а также материалы, представленные на конференциях и изданные в научных сборниках. Структура и объем работы.

Основной текст диссертации изложен на 272 страницах, состоит из 3 глав, заключения и выводов. Список литературы содержит 369 названий, из них 325 на иностранных языках. Текст диссертации в себя включает 1 тавлицу, 2 схемы, 34 рисунков и 174 фотографии.

Благодарности. Приношу свою благодарность профессору д. б. н. Лозовой В.В., под руководством которой в институте были заложены основы исследований физиологии растения льна-долгунца, коллегам, работавшим со мной в разные годы в КИБ КНЦ РАН., с.н.с., к.б.н. Агеевой М.М., с.н.с., к.б.н. Чемикосовой C.B., к.б.н. доценту кафедры физиологии и биотехнологии растений Казанского государственного университета O.A. Тимофеевой, сотрудникам ГНУ ВНИИЛ РАСХ (Торжок) д.б.н. A.A. Жученко и к.б.н Л.Н. Курчаковой, сотрудникам БелНИИЗ (Жодино) д.с.-х.н. М.И. Афонин), Е.Д.

Мироновой, Л.М. Кукреш, коллегам из Агротехнологического института (Вагенинген, Нидерланды), особенно Jan van Dam, коллегам Техасского технического университета (Лаббок, Техас, США) С.Н. Haigler, М. Grimson - за совместные экспериментальные работы и плодотворное обсуждение полученных данных. Неоценима роль заведующего нашей лабораторией механизмов роста растительных клеток КИББ КНЦ РАН, моего научного консультанта, превосходного руководителя Татьяны Анатольевны Горшковой, без всесторонней поддержки и помощи которой эта работа была бы осуществима с большими трудностями. Выражаю искреннюю признательность академику И. А.

Тарчевскому, по инициативе и усилиями которого в КИБ КНЦ РАН были организованы работы по изучению растительной клеточной стенки.

1. Обзор литературы.

Роберт Гук, впервые наблюдавший растительную клеточную стенку (Микрография, 1665), не мог предположить, что обнаруженная им "мертвая" структура окажется в будущих исследованиях биологов одним из самых интересных и загадочных компартментов растительной клетки. Р. Гук в самом деле наблюдал уже мертвое образование - срез коры пробкового дерева (рис. 1). Однако цепь событий, которые произошли и продолжают происходить па пути изучения клеточной стенки, потрясают своим драматизмом и без сомнения произвели бы огромное впечатление на первооткрывателя.

Заключение диссертации по теме «Физиология и биохимия растений», Сальников, Вадим Владимирович

1. С помощью различных методов микроскопии охарактеризовано формирование вторичных клеточных стенок в клетках, специализированных на интенсивном синтезе целлюлозы (флоэмные волокна льна, волоски семян хлопчатника, трахеальные элементы циннии). Развито представление о существовании многокомпонентных комплексов, обеспечивающих отложение целлюлозы, на ультраструктурном уровне локализованы их составляющие.

2. Модифицированы методы фиксации и инфильтрации растительного материала с целью адаптации их для анализа тканей с утолщенными клеточными стенками, в результате чего достигнута высокая сохранность внутриклеточного содержимого и стабильная воспроизводимость локализации исследуемых антигенов.

3. Охарактеризованы стадии формирования клеточных стенок флоэмных волокон льна-долгунца. Впервые выявлены постсинтетические изменения клеточной стенки, заключающиеся в модификации структуры отложенных слоев микрофибрилл.

4. Впервые показано распределение лигнина и других фенольных соединений в слоях клеточной стенки флоэмных волокон. Продемонстрирована мозаичность в локализации этих соединений, создающая основу для пространственной регуляции протекающих в клеточной стенке процессов.

5. Впервые доказана тканеспецифичность В-(1->4)-В-галактана в стебле льна-долгунца. Продемонстрировано наличие его эпитопов только в клеточной стенке флоэмных волокон методами иммуноцитохимии. Показана локализация тканеспецифичного галактана в слоях вторичной клеточной стенки флоэмных волокон, подвергающихся модификации.

2386. Впервые на ультраструктурном уровне доказано, что в волосках семян хлопчатника синтез каллозы не является ответом на стресс. Показано, что каллоза существует в виде постоянного слоя в ходе формирования вторичной клеточной стенки и, вероятно, выполняет роль невзаимодействующего матрикса, в котором происходит кристаллизация микрофибрилл целлюлозы.

7. При проведении иммуноцитохимических реакций на серийных срезах впервые установлено взаиморасположение клеточных структур, участвующих в формировании микрофибрилл целлюлозы.

8. Впервые на ультраструктурном уровне локализована особая форма сахарозосинтазы, связанная с плазматической мембраной.

9. Впервые выявлено различие в локализации сахарозосинтазы при формировании первичной и вторичной клеточной стенки. Продемонстрировано, что во время отложения вторичной клеточной стенки сахарозосинтаза всегда локализована вплотную к плазматической мембране.

10. Впервые показано, что микрофиламенты актина не являются обязательными участниками формирования вторичных клеточных стенок, а обнаруживаются лишь при сложной пространственной организации этого процесса, например, при образовании локальных утолщений клеточных стенок в трахеальных элементах.

Заключение.

В настоящее время не возникает никаких сомнений относительно важной роли клеточной стенки в растительном организме любого уровня и систематического расположения. Кажущаяся простота в строении клеточной стенки при ее открытии оказалась обманчивой. Формирование клеточной стенки является одним из самых сложным и многоплановых процессов, протекающих в растительной клетке. Для его изучения в нашей работе использовали объекты, физиология, онтогенез, жизненный цикл которых, в большой степени, направлен на формирование клеток с толстой вторичной клеточной стенкой, основным компонентом которой является целлюлоза. Нами использованы методы световой и электронной микроскопии применительно к объектам с толстой клеточной стенкой. Некоторые из них были применены впервые, а многие усовершенствованы.

Проведено комплексное исследование по изучению динамики роста и формирования лубяных волокон. В ходе нашей работы было установлены особенности формирования флоэмных волокон льна-долгунца и их клеточной стенки. На стебле льна долгунца обнаружена точка слома, где стебель меняет свои механические свойства, что связано со сменой стадии развития волокон склеренхимы (ОогБЬкоуа е1 а1., 1996., 8а1шкоу е1 а1., 1998). Показана динамика утолщения клеточной стенки флоэмных волокон.

Продемонстрирована мозаичность в локализации лигнина и других фенольных соединений клеточной стенки. Обнаружена двуслойность вторичной клеточной стенки флоэмных волокон (Сальников и др. 1993). Прослежена ее динамика в ходе онтогенеза всего растения. Методом иммуноцитохимического анализа установлено, что постсинтетическая модификация клеточной стенки связана с метаболизмом нейтрального полисахарида - Р-(1->4)-0 - галактаном, который специфичен только для флоэмных волокон стебля льна-долгунца (ОогБЬкоуа е1 а!., 2004).

В какой-то степени аналогичная ситуация прослеживается при образовании другого нейтрального полисахарида при формировании вторичной клеточной стенки волосков семян хлопчатника - каллозы. Методом электронно-микроскопической иммуноцитохимии установлено, что каллоза распределена ввиде равномерного слоя над плазматической мембраной, который постоянно присутствует в период интенсивного синтеза целлюлозы во вторичной клеточной стенке волосков семян хлопчатника (БаЫкоу е1 а1., 2001).

Впервые охарактеризована ультраструктура волосков семян хлопчатника и описаны ее особенности после фиксации методом замораживания-замещения.

Проведены исследования с применением целого ряда поликлопальных и моноклональных антител к белкам, входящим в состав целлюлозосинтазпого комплекса на плазматической мембране. Итоги исследования по локализации различных компонентов комплекса, синтезирующего целлюлозу, представлены на схеме 2, иллюстрирующей взаиморасположение различных структур с р-1,4- глюкамооая цепочка 1

ЦИННИЯ целлюлозо синтаза меллюподо-

ХЛОПЧАТНИК

Схема 2. Пространственная локализация цитоплазма-тичесиких органелл и ферментов в клетках циннии (Zinnia etegans L.) и волосках семян хлопчатника (Gossypium hirsutum L.) в процессе формирования целлюлозных микрофибрилл вторичных клеточных стенок. учетом их размеров. Целлюлозосинтаза (1/6 её часть) изображена как интегральный белок плазматической мембраны. Идентификация этого фермента методом замораживания-скалывания (freeze-frac tu re) была произведена сравнительно недавно (Kimura et al., 1999). Его размер и форма предсказаны на основе уже известных молекулярных структур АТФаз (Auer et al., 1988, Zang et al., 1998), которые имеют молекулярную массу и топологию, подобную таковым, известным или предсказанным для целлюлозосинтазы (Delmer, 1999). Примерный размер глобулярной сахарозосинтазы был определен из отношения ее молекулярной массы - 91 кДа у хлопчатника, к целлюлозосинтазе - 110 кДа у хлопчатника (Kowagoe, Delmer, 1997). Щель позади целлюлозосинтазы показывает, что глюкановые цепи должны достигнуть пространства клеточной стенки, что может происходить через пору, образованную трансмембранными спиралями (Delmer, 1999) или путем агрегации множественных белков целлюлозосинтазы в розетки (Emons, 1991).

На схеме 2 показано, что сахарозосинтаза взаимодействует с плазматической мембраной как переферический мембранный белок через определенный гидрофобный участок, а с актином - через определенный актии-связывающий пептид (Winter, Huber, 2000). Так как мы не обладаем определенной информацией о том, как связываются сахарозосинтаза и целлюлозосинтаза, диаграмма показывает их только как прилегающие показывает их только как прилегающие друг к другу; однако известно, что целлюлозосинтаза хлопчатника обладает доменом, который облегчает белок-белковые взаимодействия (Kawagoe, Delmer, 1997). Микротрубочки, в соответствии с нашими данными, располагаются ниже плазматической мембраны, но ближе к кортикальному актину. Знак вопроса, отмеченный на диаграмме, показывает, что другие возможные связи и/или места связывания для других взаимодействующих белков еще не идентифицированы.

Таким образом, в наших исследованиях продемонстрировано существование сложных многокомпонентных комплексов, обеспечивающих синтез целлюлозы. Эти комплексы существенно различаются при синтезе первичной и вторичной клеточной стенки. Наши результаты, совместно с данными об экспрессии разных CesA генов при синтезе первичной и вторичной клеточной стенки (Haigler et al., 2001, Doblin et al., 2002, Schieble, Pauly, 2004 и др.) свидетельствуют, что механизмы синтеза первичной и вторичной клеточной стенки качественно различны. Возможно, именно различие в способе формировать сложные взаимодействия с различными белками лежит в основе необходимости разных полипептидов целлюлозосинтазы для синтеза первичной и вторичной клеточной стенки. Необходимость взаимодействия многих белков может объяснить, почему так трудно воспроизвести синтез целлюлозы in vitro с высокой скоростью и в кристаллической форме (Blanton,

Haigler, 1996). Лабильность целлюлозосинтезирующего комплекса может быть связана с эволюционным преимуществом тесного контроля за синтезом целлюлозы потому, что этот процесс выводит из метаболизма существенную часть углерода (На1§1ег е1 а1., 2001).

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук Сальников, Вадим Владимирович, 2005 год

1. Александров В. Г., Яковлев М. С. Опыт сравнительно-анатомической характеристики различных типов льна Linum usitatissimum L. // Труды но прикладной ботанике, генетике и селекции. -1934. -Сер. 1.I. -№ 4, -С. 49-74.

2. Васильев A.E. Опорные (механические) ткани. В кн.: Ультраструктура растительных тканей. Под ред. Даниловой М.Ф. и Козубова Г.М. -Петразоводск: Карелия. -1980. -С. 226-234.

3. Васильев А.Е. Строение и образование микрофибрилл клеточной оболочки // Ботан. журн. -1984. -Т. 69. -№ 9. -С. 1145-1158.

4. Васильев А.Е. Сравнительная структурно-функциональная характеристика цитоскелета животных и высших растений. -1996 а. -Журнал общей биологии. -Т. 57. -№ 3. -С. 293-325.

5. Васильев А.Е. Цитоскелет генеративной сферы высших растений.-1996 б. -Журнал общей биологии. -Т. 57. -№ 5. -С. 567-591.

6. Васильев А.Е. Цитоскелет водорослей. -1996 в. -Т. 38, -№ 11, -С. 11291144.

7. Гайер Г. Электронная гистохимия. М.: Мир. -1974. -С. 488.

8. Гамалей Ю.В. Цитологические основы дифференциации ксилемы // Л.: Наука.-1972.-С. 142.

9. Гамалей Ю.В. К вопросу о назначении плазмодесм. -Цитология. -1973.-Т. 15. -№ 11. -С. 1427-1429.

10. Горшкова Т.А., Карпита Н.К., Чемикосова С.Б., Кузмина Г.Г., Кожевников A.A., Лозовая В.В. Галактаны динамичный компонент клеточных стенок растений льна // Физиология растений.-1998. -Т. 45. -№ 2. -С. 276-282.

11. Горшкова Т.А., М. В. Агеева М.В., Сальников В.В., Павленчева Н.В., Снегирева A.B., Чернова Т.Е., Чемикосова С.Б. Стадии формирования флоэмных волокон Linum usitatissimum L. I ! Ботан. журн. -2003.- T. 88. -№ 12. -С. 1-11.

12. Горшкова Т.А., Чемикосова С.Б., Агеева М.В. Курчакова Л.Н., Жученко A.A. // Лен. В кн. Частная физиология полевых культур. -2004. -М.: КолосС.-С. 213-266.-24015. Гудвин Т., Мерсер Э. Введение в биохимию растений. -М.: Мир. -1986.-Т.1. -С. 96-106.

13. Данилова М.Ф. Структурные основы поглощения веществ корнем // Л.: Наука.-1974. -С. 206.

14. Дженсен У. Ботаническая цитохимия // М.: Мир. -1965. -С. 377.

15. Запрометов М.Н., Ермакова С.А. Мембранные ферменты биосинтеза фенольных соединений //Биохимия. -1985.-Т. 50. -С. 1175.

16. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и функции в растениях. -М.: Наука. -1993. -С.272.

17. Коммисарчик Я.Ю., Миронов A.A. Электронная микроскопия клеток и тканей. -Л.: Наука. -1990. -С.144.

18. Кошелева Л.Л. Физиология питания и продуктивность льна-долгунца. -Минск.: Наука и техника. -1980. -С. 200.

19. Курсанов А.Л. Транспорт ассимилятов в растении.- М.: Наука. -1976.-С. 646.

20. Лозовая В.В., Горшкова Т.А. Райманов И.Т. Сальников В.В. Хусаинов М.Б., Тарчевский И.А. Влияние освещения на синтез структурных полисахаридов в процессе регенерации клеточной стенки изолированными протопластами //ДАН. -1982. Т. 226. -№ 1. -С.220-232.

21. Лозовая В.В., Сальников В.В., Юмашев Н.В. Формирование клеточных стенок в тканях стебля льна-долгунца // Казань: КНЦ АН СССР. -1990.- С. 171.

22. Лозовая В.В., Тимофеева O.A., Заботина O.A., Сальников В.В. Образование структурных полисахаридов в ходе развития растений льна-долгунца// Физиология растений.- 1992.-Т. 36. -№ 5.-С. 1175-1186.

23. Ордина H.A. Структура лубоволокнистых растений и ее изменение в процессе переработки.-М.: Легкая индустрия.- 1978.- С. 128.

24. Павлинова O.A. Метаболизм сахарозы в свекловичном корне // Физиология растений. -1971. -Т.18. -Вып. 4. -С. 722-730.-24128. Робертис Э., Новицкий В., Саэс Ф. Биология клетки.- М.: Мир. -1967.-С. 473.

25. Сальников В.В., Лозовая В.В., Горшкова Т.А., Райманов И.Т. Участие клеточных органелл в регенерации клеточной стенки протопластами высших растений // Тез. докл. Всесоюзн. совещ. "Биология клеток в культуре". - Цитология. -1983. -Т. XXV. -№ 9. -С. 1093.

26. Сальников В.В. Изменение ультраструктуры протопластов в ходе регенерации клеточной стенки // Автореф. Канд. дисс. -1983. -С. 16.

27. Сальников В.В. Формирование полисахаридной оболочки у клеток низших и высших растений в схемах // Казань.- КНЦ АН СССР, 1990.-С. 168.

28. Сальников В.В., Агеева М.В., Юмашев Н.В., Лозовая В.В. Ультраструктурный анализ флоэмных волокон // Физиология растений. -1993. -Т. 40.-№. 3 -С. 458-464.

29. Сизов И. А. Лен // Москва-Ленинград.: Сельхозгиз. -1955. -С. 256.

30. Справочник льновода. Под ред. М.И.Афонина, Мн.: "Ураджай". -1972. -С.240.

31. Степаненко Б.Н., Морозова А.Б. Синтез целлюлозы из УДФГ-С14 in vivo препаратом фермента из проростков хлопчатника // Докл. АН СССР. -1969. -Т. 187.-С. 1425-1428.

32. Тарчевский И.А, Лозовая В.В., Маркова Р.Н. Влияние концентраций экзогенной глюкозы на интенсивность из нее целлюлозы в волосках семян хлопчатника//Докл. АН СССР. 1980 а.-Т. 255. -№2. -С. 510-512.

33. Тарчевский И.А, Лозовая В.В., Маркова Р.Н., Русева Л.Г. Обеспеченность синтеза хлопковой целлюлозы макроэргическими фосфатами // В кн.: Синтез целлюлозы и его регуляция: Тез. Докл. I Всесоюзн. Конф. Казань: Изд-во Казан. Ун-та. -1980 б. -С. 54.

34. Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений.- М.: Высшая школа, 1980.-С.317.

35. Трухановец Н. JI., Рубан В. В., Ильченко В. П., Хотылева Л. В. Онтогенетическое развитие клеток волокна у разных генотипов льна-долгунца // Доклады Национальной академии наук Беларуси. -2001. -Т.45. -№ 2. -С. 86-88.

36. Труш М.М. Лен-долгунец//Л 44: Колос. -1976.-С. 352.

37. Хассид У. 3. Целлюлоза и ее производные // М: Наука: 1974. -Т. 2.

38. Эсау К. Анатомия растений // М: Мир. -1969. -С. 564.

39. Ageeva M.V., Petrovska В., ICieft Н., Salnikov V.V., Snegireva A.V., van Dam J.E.G., van Veenendaal W.L.H., Emons A.M.C., Gorshkova T.A., van Lammeren A.A.M. Intrusive growth of flax phloem fibers // 2004 in press.

40. Abe H., Ohtani J., Fukazawa K.A. A scanning electron microscopic study of changes in microtubule distribution secondary wall formation in tracheides. IAWA J. 1994b. -V. 15. -№ 2. -P. 185-189.

41. Aldaba V.C. The structure and development of the cell wall in plant. I. Bast fibers of Boehmeria and Linum // American Journal of Botany. -1927. -V.14. -№ 1. -P. 16-24.

42. Allenspach A. Ultrastructure of early chick embryo tissues after high pressure freezing and freeze substitution // Microsc. Res. Techn. 1993. -V. 24. -P. 369-384.

43. Allen D.M., Northcote D. N. The scales of Chrisochromulina II Protoplasma. -1975. -V. 83. -№ -2. -P. 389-412.

44. Anderson D.B. A microchemical study of the structure and development of flax fibers //Amer. J. of Bot. -1927. -V. 14. -№ 1. -P. 187-211.

45. Auer M., Scarborough G., Scarborough G., Kuhbrandt W. Three-dimensional map of the plasma memebrane H + ATPase in the open conformation // Nature. -1988. -V. 392. -P. 840-843.

46. Bachmann L., Mayer E. Physics of water and ice; implication for cryofixation. 1987. In: Cryotechniques in biological electron microscopy; R.A. Steinbrecht and K. Zierold, ed., Springer-Verlag, New York. -P. 3-12.

47. Barber G.A., Elbeen A.D., Hassid W.Z. The synthesis of cellulose by enzyme systems from higher plants // J. Biol. Chem. -1964. -V. 239. -№ 6. -P. 40564061.

48. Baselski V.S., Robinson M.K., Pifer L.W., Woods D.R. Rapid detection of Pneumocystis carinii in bronchoalveolar lavage sample by using Cellufluor staining // J. Clin. Microbiol.-1990- V.18.-№ i p. 393-394.

49. Basra A., Saha S. In: A.S. Basra (ed.) Cotton fibers: Development biology, Quality improvement, and Textile processing. Food Product Press, Binghamton, NY. -1999.-P. 47-63.

50. Bayliss C., Canny M.J., McCully M.E. Retantion in situ and spectral analysis of fluorescent vacuole components in section of plants tissues // Biotechn. Histochem. -1997. -V.72. -P. 123-128.

51. Benhamou N., Noel S., Grenier J., Asselin A. Microwave energy fixation of plant tissues: an alternative approach that provides exelent preservation of ultrastructure and antigenicity // J. Electron. Microsc. Tech. -1991. -V. 17. -P. 81-94.

52. Benhamou N., Lafontaine N. Ultrastructural and cytochemical characterization of elicitor- induced structural responses in tomato root tissues infected by Fusarium oxysporum f. sp. radicis- lycopersici II Planta. -1995. -V. 197. -№ l.-P. 89-102.

53. Berkley E.E. Cotton-a versatile textile fiber // Textile Research Journal. -1948.-V. XYIII. -№2. -P. 71-88.

54. Blanton R.L., Haigler C.H. Cellulose biogenesis. In: Small-wood M., Knox J.P., Bowles D.J.(Eds.), Membranes: specialized functions in plants. Bios Scientific Pub, Oxford, UK. -1996. -P.57-76.

55. Boudet A.M., Lapierre C., Grima-Pettenati J. Biochemistry and molecular biology of lignification// New Physiol. -1995. -V. 129. -P. 203-236.

56. Bouquin T, Mattsson O, Naested H, Foster R, Mundy J. The Arabidopsis luel mutant defines a katanin p60 ortholog involved in hormonal control of microtubule orientation during cell growth // J. Cell Sci. -2003. -V. 116. -№ 5. -P. 791-801.

57. Bourett T.M., Czymmek K.J., and Howard R.J. Ultrastructure of chloroplast protuberances in rice leaves preserved by high-pressure freezing // Planta. -1999. -V.208.-P. 742-749.

58. Bozzola J.J., Russell L.D. Electron microscopy. 1999. Jones & Bartlett, Sudbuy, MA. -P.670.

59. Brett C., Waldron K. Physiology and biochemistry of plan cell wall // London. -UNWIN HYMAN. -P. 364.-24580. Brown R.M., Jr. Cellulose microfibril assembly and orientation: recent developments // J. Cell Biol. -1985. -V. 2. -P. 13-32.

60. Brown R.M., JR., Montezinos D. Cellulose microfibrils: visualization of biosynthetic and orienting complexes in association with the plasma membrane // Proc. Natl. Acad. Sci., USA. -1976. -V. 73. -№ 2. -P. 143-247.

61. Brown R.M., Jr., Saxema I.M., Kudlicka K. Cellulose biosynthesis in higher plants // Trends in Plant Science. -1996. -V. 1. -№ 5. -P. 149-155.

62. Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L. Biochemistry and molecular biology of plants // 2000. -American Society of Plant Physiologist, RocKBille, Md, ISBN 0943088399.

63. Bulone V., Girard V., Fevre M. Separation and partial purification of 1,3-0-glucan and 1,4-p-glucan synthases from Saprolegnia II 1990. -Plant. Physiol. -V. 94. -P. 1748-1755.

64. Burk D.H., Ye Z.H. Alteration of oriented deposition of cellulose microfibrils by mutation of a katanin-like microtubule-severing protein // Plant Cell. -2002. V. 9.-P. 2145-60.

65. Burgess J., Watts J., Fleming E.N., King J.M. Plasmalemma fine structure in isolated tobacco mesophyll protoplasts // Planta. -1973. -V. 110. -№ 4. -P. 291301.

66. Burgess J., Linstead P.J. Ultrastructural studies of the binding of conconavalin A to the plasmalemma of higher plant protoplast // Planta. -1976. -V. 130. 2. -P. 73-79.

67. Burgess J., Linstead P.J., Hornden J.M. The interpretation of scanning electron micrograph//Micron. -1977. -V. 8. -P. 181-186.

68. Burgess J., Linstead P. In-vitro tracheary element formation: structural studies and the effect of tri-iodobensoic acid // Planta. -1984. -V. 160. -P. 481-489.

69. Carpita N., McCann M., Griffing L.R. The plant extracellular matrix: news from the cell"s frontier// Plant Cell. -1996. -№. 9. -P. 1451-1463.

70. Carpita N.C., McCann M. The cell wall // Ed: Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L. Biochemistry and molecular biology of plants. -2000. -American Society of Plant Physiologist, RocKBille, Md, ISBN 0943088399. -P. 52-108.

71. Church D.L., Galston A.W. 4- coumarate: coenzyme A ligase and isoperoxidase expression in Zinnia mesophyll cell induced to differentiate into tracheary elements // Plant Physiol. -1988. -V.88. P. 679-684.

72. Cotton fiber development and proceccing // Eds: Seagull R., Alspaugh P. -International Textile Centre. Texas Tech University. -2001. -P. 88.

73. Crooks D. M. Histological and regenerative studies on the flax seedlings // Bot. Gaz. -1933. -V. 95. -P. 209-239.

74. Dahl R., Staehelin L.A. High pressure freezing for the preservation of biological structure: theory and practice. // J. Electron. Microsc. Tech. -1989. -V. 13. -№ 1. -P. 107-117.

75. Darvill A., Mcneil M., Albersheim P., Delmer D.P. The primary cell walls of flowering plants. -In: The biochemistry of plant.-V. I.- Ed. Tolbert, Academic Press, London New York San Francisco. -1980. -P. 2-54.

76. Delmer D.P. Biosynthesis of cellulose // Adv.Carbon. Chem. And Biochem. -1983. -V. 41. -P. 105-153.

77. Delmer D. Cellulose Biosynthesis // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. -1999. -V. 50. -P. 245-276.

78. Delmer D.P., Alberschem P. The biosynthesis of sucrose and nucleoside diphosphate glucoses in Phaseolus aureus II Plant Physiol. 1970. -V. 45. № 6. -P. 782-786.

79. Delmer D.P., Amor Y. Cellulose biosynthesis // Plant Cell. -1995. -V. 7. -P. 987-1000.

80. Delmer D.P., Beasley C.A., Ordin L. Utilization of nucleoside diphosphate glucoses in developing cotton fibers // Plant Physiol. -1974. -V. 53. -№ 2.-P. 149-153.

81. Delmer D.P., Kulow C. Developmental and biochemical studies on the cotton fiber // Plant Research, MSU- ERDA, Plant Research Lab. Michigan State Univ.-USA. -1976. -P. 29-34.

82. De Mey. The preparation and use of gold probes. In: Immunocytochemistry (2nd edn) (ed. J.M. Polak and S. Van noorden) John Wright, Brisrol. -1983. -P.71-88.

83. Diaz M., Sancher Y., Bennet T., Sun S.R., Godoy C., Tamanol F., Duran A., Perez P. The Schizosaccharomyces pombe cw2+ gene codes for P-subunit of ageranylgeranyltransferase type I required for P-glucan synthesis // EMBO J. 1993.-V. 12.-P. 5245-5254.

84. Downward J. Rac and Rho in tune // Nature. -1992.-V. 359. -P. 273274.

85. Driouich A., Faye L., Staehelin A. The plant Golgi apparatus: a factory for complex polysaccharides and glycoproteins // Trends Biochem Sci. -1993. -V. 18 -P.210-214.

86. De Pétris S. Immunoelectron microscopy and immunofluorescence in membrane biology // In: Methods in membrane biology, (ed. E.D. Korn). Plenum press, New York. -1978. -Vol. 9. -P.l-201.

87. Driouich A., Faye L., Staehelin L.A. The plant Golgi. apparatus: a factory for complex polysaccharides and glycoproteins // Trends Biochem. Sci. -1993.-№ 6.-P. 210-214.

88. Durso N.A., Cyr R.J. A calmodulin-sensetive interaction between microtubules and higher plant homolog of elongation factor-la // Plant Cell. -1994. -V. 6.-P. 893-905.

89. Echlin P. Low-temperature microscopy and analysis. -1992. Plenum Publishing Corp., New York. Electron microscopic immunocytochemistry. -1992. Ed. by J.M Polak, J.V. Prestley, Oxford New York Tokyo. -P. 267.

90. Electron microscopy methods and protocol. -1999-. Ed. by M.A. nasser Hajibagheri, Humana Press. Totawa, New Jersey. -P. 283.

91. Emons A.M.S. Microtubules do not control microfibrill orientation in a hélicoïdal cell wall // Protoplasma. -1982. -V. 113. -№ 1. -P. 85-87.

92. Emons A.M.S. Plasma-membrane rosettes in root hairs of Equisetum hyemale//Planta. -1985. -V. 163. -№3. -P. 350-359.

93. Esau K. J. Vascular differentiation in the vegetative shoot of Linum. II. The procambium //Amer. J. Bot. -1942. -V. 29. -P. 738-747.

94. Esau K. J. Vascular differentiation in the vegetative shoot of Linum. II. The first phloem and xylem // Amer. J. Bot. -1943a. -V. 30. -P. 248-255.

95. Esau K. J. Vascular differentiation in the vegetative shoot of Linum. III. The origin of the bast fibers // Amer. J. Bot. -1943b. -V. 30. -P. 579-576.

96. Esau K. Plant Anatomy. -1953. -New York: Wiley. -P. 735.

97. Esau K. J. Fibers. In: Anatomy of Seed Plant. John Wiley and Sons. -1977.-P. 74-77.

98. Evert R.E., Miero^va R.J. The cell wall-plasmalemma interface in sieve tubules of barley//Planta. -1985. -V. 163. -№ 1. -P. 133-140.

99. Fahn A. Plant Anatomy // Pergamon Press. Oxford. -1990. -P. 587.

100. Falconer M. M., Seagull R.W. Immunofluorescent and Calcofluor white staining of developing tracheary elements in Zinnia elegans suspension culture // Protoplasma. -1985. -V.125. -№ 2. -P.190-198.

101. Farkas V, Maclachlan G. Fucosylation of exogenous xyloglucans by pea microsomal membranes //Arch. Biochem. Biophys. -1988. -V. 264. -№> 1. -P. 48-53.

102. Faulk W.P., Taylor G.M. An immunocolloidal method for the electron microscope // Immunocytochemistry. -1971. -V. 8. -P. 1081-1083.

103. Feldherr C.M., Marshall J.M. The use of colloidal gold for studies of intracellular exchange in amoeba Chaos chaos II J. Cell Biol. -1962. -V. 12. -№ 3. -P. 640-645.

104. Fowke L.C., Gamborg O.L. Application of protoplast to the study of plant cell//Int. Rev. Cytol. -1980. -V. -68. -№ l.-P. 8-51.

105. Frost A.O., Roberts A.W. Cortical actin filaments fragments and aggregate to form chloroplast-associated and free F-actin rings in mechanically isolated Zinnia mesophyll cells // Protoplasma. -1996. -V. 194. -№ 1. -P. 195-207.

106. Fry S.C. Primary cell wall metabolism // Oxford Surv. Plant mol. Cell Biol., e.d. B.J. Miflin. Oxford University Press. -1985. -V. 2. -P. 1-42.

107. Fry S.C. The growing plant cell wall: chemical and metabolic analysis // Ed. M.Wilkins. John Wiley and Sons. New York. -1988. -P. 333.

108. Fry S.C., Smith R.C., Renwick K.F., Martin D.J., Hodge S.K., Matthews K.J. Xyloglucan endotransglycosylase, a new wall-loosening enzyme activity from plants//Biochem. J.-1992.-V. 282. -P. 821-828.

109. Fujiwara K., Linch Q.W. The use of tannic acid in microtubule research // Meth. Cell Biol. -1982. -V. 24. -P. 217-33.

110. Fukuda H. A change in tubulin synthesis in the process of tracheary elements differentiation and cell division of isolated Zinnia mesophyll cells // Plant Cell Physiol. -1987. -V. 28. -№ 3. -P. 517-528.

111. Fukuda H. Tracheary elements formation as a model system of cell differentiation //International Review of Cytology. -1992. -V. 136. -P. 289-332.

112. Fukuda H. Redifferentiation of single mesophyll cells into tracheary elements // Intern. J. Plant Sci. -1994 -V. 155. -№ 3. -P. 262-271.

113. Fukuda H. Tracheary elements differentiation // The Plant Cell. -1997. -V.9.-P. 1147-1156.

114. Fukuda H. Programmed cell death of tracheary elements as a paradigm in plants // Plant Mol. Biol. -2000. -V. 44. -N. 3. -P. 245-253.

115. Geigenberger P, Stitt M. Diurnal changes in sucrose, nucleotides, starch synthesis, and AGPS transcript in growing potato tubers that are suppressed by decreased expression of sucrose phosphate synthase // The Plant J. -1993. -V. 23. -P. 795-806.

116. Geiger J.P., Rio B., Nandris D., Nicole M. Laccase of Rigicloporus lignosus and Phellinus noxius L. I. Purification and some physicochemical properties // Appl. Biochem. Biotech.-1991.-V. 12.-№ l.-P. 121-133.

117. Geitmann A., Emons A.M.C. The cytoskeleton in plant and fungal cell tip growth//J. Microsc.-2000. -V. 198. -Pt3. -P. 218-245.

118. Ghosh P., Datta C. Scanning electron microscopic studies on some chemically modified bast fibres. Chapman and Hall Ltd. -1990. -P. 4415-4422.

119. Gibbon B.C., Kovar D.R., Staiger C J. Latrunculum B has different effects on pollengermination and tube groth // Plant Cell. -1999. -V. 11. -P. 23492364.

120. Giberson R.T. Demaree R.S. Jr. Microwave fixation: Undestanding the variables to achieve rapid reproducible results // Microsc. Res. Tech. -1995. -32. -P. 246-254.

121. Giddings T.H., Staehelin L.A. Spatial relationship between microtubules and plasma-membrane rosettes during deposition primary wall microfibrils in Closterium sp. // Planta. -1988. -V. 173. -№ 1. -P. 22-30.

122. Giddings T.H., Staehelin L.A. Microtubule-mediated control of microfibril deposition: re-examination of the hypothesis. In The Cytochemical Basisof Plant Growth and Development, C.W., Lloyd, ed (London: Academic Press). -P. 85-99, 1990.

123. Gilkey J.C., Staehelin L.A. Advances in ultrarapid freezing for preservation of celluar ultrastructure // J. Electr. Microsc. Tech. -1986. -V. 3. -P. 177210.

124. Gorshkova T.A., Wyatt S.E., Salnikov V.V., Gibeaut D.M., Ibragimov M.R., Lozovaya V.V., Carpita n.C. Cell wall polysaccharides of developing flax plant // Plant Physiol. -1996. -V. 110. -№ 3. -P. 721-729.

125. Gorshkova T.A., Chemikosova S.B., Lozovaya V.V., Carpita T.C. Turnover of galactans and other cell wall polysaccharides during development of flax plant // Plant Physiol. -1997. -V. 114. -P. 723-729.

126. Gorshkova T.A., Salnikov V.V., Chemikosova S.B., Ageeva M.V., Pavlencheva N.V., van Dam J.E.G. Snap point: a transition point in Linum usitatis-simun bast fiber development // Ind. Crops and Prod. -2003. -№ 18. -P. 213-221.

127. Gorshkova T.A., Chemikosova S.B., Salnikov V.V., Pavlencheva N.V., Stolle-Smits T., van Dam J.E.G. Occurrence of cell-specific galactan is coinciding with bast fibre developmentall transition in flax // Ind. Crops and Prod. -2004. -№ 19.-P. 217-224.

128. Haigler C.H., Rao N.R., Roberts E.M. Huang J.Y., Upchurh D.P., Trolinder N.L. Cultured cotton ovules as models for cotton fiber development under low temperatures // Plant Physiol. -1991. V. 95. -P. 88-96.

129. Harris N., Oparha K.I., Walter-Smith D.I. Plasma-tubulus: an alternative to transfer cells // Planta. -1992. -V. 156. -P. 461-465.

130. Haugland R.P. Fluorescein substitutes for microscopy and imaging. 1990. In: Optical microscopy for biology. Eds; Herman B. and Jacobson K., Wiley-Liss, New York,-P. 143-157.

131. Hayashi T. Xyloglucan in the primary cell wall // Annu. Rev. Plant Physiol/Plant Mol. Biol. -1989. -V. 40. -№ i.p. 139-168.

132. Hayat M.A. Colloidal gold: principles, methods and applications. 1989. Vols 1 and 2. Academic Press, Orlando, Florida. -P. 536.

133. Heath J.B. A unified hypothesis for the role of membrane bound enzyme complexes and microtubules in plant cell wall synthesis // J. Theor. Biol. -1974. -V. 48. -P. 445-449.

134. Hereward F.V. Rough membranes in Schizosaccharomyces pombe protoplasts // Exp. Cell Res. 1974. -V. 25. -P 309-362.

135. Herth W. Effect of 2,6-DCB on plasma membrane rosettes of wheat root cells //Naturwissenschaften. -1987. -V. 74. -P. 556-557.

136. Herth W., Meyer Y. Ultrastructural and chemical analysis of the wall fibrills synthsized by tobacco mesophyll protoplasts // Biol. Cellulaire. -1977. -V. 30. -P. 33-40.

137. Herth W., Weber G. Occurrence of the putative celulose synthesizing "rosettes" in the plasma membrane of Glicine max suspension culture cells // Naturwissenschaften. -1984. -V. 71. -P. 153-154.

138. Heumann H.-G. Microwave-stimulated glutaraldehyde and osmium tetroxide fixation of plant tissues: ultrastructural preservation in seconds // Histochem. -1992. -V. 97. № 1. -P. 241-347.

139. His I., Driouich A., Jauneau A. Distribution of the cell wall matrix polysaccharides in the epidermis of flax hypocotyl seedling: Calcium induced-acidification of pectins // Plant Physiol. Biochem. -1997. -V. 35. -№ 8. -P. 631-644.

140. Hock C.W. Microscopic structure of flax and related bast fibres // Journal of Reasearch of the national Bureau of Standarts. -1942. -V. 29. -P. 41-50.

141. Hodges G.M., Southgate J., Toulson E.C. Colloidal gold a powerful tool in SEM immunocytochemistry: an overview of bioaplications // Scanning Microsc. -1987. -V. 1. -P. 301-318.

142. Hodges G.M., Carr K.E. Colloidal gold immunocytochemistry using SEM // Microscopy and Analysis. -1990. -V. 18. -P. 29-32.

143. Hong Z., Delauney A.J., Verma D.P.S. A cell plate specific callose synthase and its interaction with phragmoplastin and UDP-glucose transferase // Plant Cell.-2001.-V. 13.-P. 755-768.

144. Hoson T., Nevins D. B-D glucan antibodies inhibit auxin induced cell elongation and changes in the cell wall of Zea coleoptile segments // Plant Physiol. -1989. V. 90. -P.1353-1358.

145. Immunocytochemical methods and protocols. 1999. Ed. By L.C. Javois, Humana Press, Totawa, New Jersey. -P. 465.

146. Inomata F., Takebe K., Saiki H. Cell wall formation of conifer traheid as revealed by rapid-freeze and substitution method // J. Electron Microsc. -1992. -V. 41.-P. 369-374.

147. Itoh T., Kimura S. Immunogold labelling of terminal cellulose-synthezing complexes. 9th International Cell Wall Meeting, 2-7 September 2001, Toulouse, France. -P. 24.

148. Jones L., Seymour G.B., Knox J.P. Localization of pcctic galactan in tomato cell wall using a monoclonal antibody specific to (l-4)-p-D-galactan. // Protoplasma. -1998. -V. 203. -№ 1. -P. 26-34.

149. Kandasamy M., Kappler U. Plasmatubulus on the pollen tubes of Nicotiana sylvestris//Planta. -1988. -V. 173. -№ 1. -P. 35-41.

150. Kasten F.H. The origin of modern fluorescence microscopy and fluorescence probes. 1989. In: Cell structure and function by microspectrofluorometry. Eds. Kohen E. and Haugland J.G., Academic, San Diego. -P. 3-50.

151. Kawagoe Y., Delmer D.P. Pathways and genes involved in cellulose biosynthesis // Genetic Engineering. -1997. -V. 19. -P. 295-303.

152. Kerr T. The outer wall of the cotton fiber and its influence on fiber properties // Text. Res. J. -1946. -June. -P. 249-254.

153. Kiermayer O., Sleytr U.B. Hexagonally ordered "rosettes" of particles in the plasma membrane of Micrasterias denticulata Breb. and their significance for microfibril formation and orientation 11 Protoplasma. -1979. -V. 101. -№ 1. -P. 133138.

154. Kimura S., Laosinchai W., Itoh T., Cui X., Linder R., Brown R.M. Jr. Immunogold labelling of rosette terminal cellulose-synthe^azing complexes in the vascular plant Vigna angularis II The Plant Cell. -1999. -V. 11. -P. 2075-2085.

155. King S.P., Lunn J.E., Furbunk R.T. Carbohydrate content and enzymes metabolism in developing Canola siliques II Plant. Physiol. -1997. -V. 114. -№ 1. -P. 153-160.

156. Knox J.P., Linstead P.J., King J., Cooper C., Roberts K. Pectin esterification is spatially regulated both within cell walls and between developing tissues of root apices // Planta. -1990. -181. -№ 2. -P. 512-521.

157. Kleczwkowski L.A. Glucose activation and metabolism through UDP-glucose pyrophosphorylase in plants // Phytochemistry. -1994. -V. 37. -P. 15071515.

158. Kobyashi H., Fukuda H., Schibaoka H. Reorganization of actin filaments assotiated with the differentiation of tracheary elements in Zinnia mesophyl cells // Protoplasma.-1987.-V. 138. № 1.-P.69-71.

159. Kobyashi H., Fukuda H., Schibaoka H. Interrelation between the spatial disposition off actin filaments and microtubules during the differentiation of tracheary elements in cultured Zinnia // Protoplasma. -1988. -V. 143. № 1. -P. 2937.

160. Kudlicka K., Wardrop A., Hoh T., Brown K.H. Further evidence from sectioned material in support of the existence of a linear terminal complex in cellulose synthesis//Protoplasma. -1987. -V. 136. -№ 1. -P. 96-103.

161. Kuga S., Brown R.M. Jr. Physical Structure of Cellulose Microfibrils: Implications for Biogenesis. In CHHAPJ Weimer, ed, Biosynthesis and Biodégradation of Cellulose. Marcel Dekker, Inc., New York. -1991. -P. 125-142.

162. Kundu B.C. The anatomy of two Indian fibre plants, Cannabis and Corehorus with special reference to the fibre distrbution and development // Indian Bot. Soc. Jour. -1942. -V. 21. -№ 1. -P. 93-108.

163. Kuriyama H., Fukuda H. Regulation of traheary elment differentiation. J. Plant Growth Regul. -2000. -V 20. -№. 1. -P. 35-51.

164. Lammeren A., Ageeva M., Kieft H., Lhissier F., Vos J., Gorshkova T., Emons A. Configuration of the microtubules cytoskeleton in elongating fibers of flax (Limim usitatissimum L.) // Cell Biol. Intern. -2003. -V. 27. -P. 225.

165. Lancelle S.A., Callaham D.A., Helper P.K. A method for rapid freeze-fixation of plant cells //Protoplasma. -1986. -V. 131. -№ l.-P. 153-165.

166. Lessard J.L.Two monoclonal antibodies to actin one muscle-selective and one generally reactive // Cell Motility and the Cytoskleton. -1988. -V. 10. -P. 349362.

167. Lewis, N.G., Yamamoto, E. Lignin: Occurrence, biogenesis and biodégradation // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. -1990. -V. -41. -P. 455496.

168. Levy S., Staehelin L.A. Synthesis, assembly and function of plant cell wall macromolecules // Curr. Opin. Cell Biol. -1992. -№ 5. -P. 856-62.

169. Lloyd C.W. The plant cy to skeleton: impact of fluorescent microscopy // Ann. Rev. Plant Physiol. -1987. -V. 38. -№ 1. -P. 119-139.

170. Lloyd C.W. Probing the plant cytoskeleton // Nature. -1991. -V. 350. -№. 6315.-P. 189-190.

171. Lloyd C.W., Clayton L., Dawson P.J., Doonan J.H., Hulme J.S., Roberts I.n., Wells B. The cytoskeleton underlying side and cross walls in plants: molecules and macromolecules assemblies // J.Cell. Sci. -1985. -V. 78. -Suppl. № 2. -P. 143155.

172. Lloyd C.W., Pearce K.J., Rawlins D.J., Ridge R.W., Shaw H.J. Endoplasmic microtubules connect the advancing nucleus to the tip of legume root hairs, but F-actin is involved in basipetal migration // Cell Motil. Cytoskel. -1987. -V. 8. -№ 2. -P. 27-36.

173. Login G.R., Dvorak A.M. Microwave fixation provides excelent preservation of tissues, cells, and antigens for light and electron microscopy // Histochem. J. -1988. -V. 20. -P. 373-387.

174. Lonsdale J.E., McDonald K.L., Jones R.L. High pressure freezing and substitution reveal new aspect of fine structure and maintain protein antigenity in barley aleurone cells // The Plant J. -1999. -V. 17. -P. 221-229.

175. Lynch M.A., Staehelin L.A. Domain-specific and cell-type specific localization of to types of cell wall matrix polysaccharides in the clover root tip // J. Cell Biol. -1992. -V. 118. -P. 467-480.

176. Lynch M.A., Staehelin L.A. Immunocytochemical loclization of cell wall polysaccharides in root tip of Avena sativa // Protoplasma. -1995. -V. 188. -№ 1. -P. 115-127.

177. Matyus L. Fluorescence resonance energy transfer measurements on cell surfaces. A spectroscopic tool for determing protein interaction // J. Photochem. Photobiol. -1992. -V. 12. -P. 323-337.

179. McCann M., Roberts K. Mosaics and murals // J. Cell Sci. -1990. -V. 96. -P.323-334.

180. McCann M.C., Stacey N.J., Wilson R., Roberts K. Oirentation of cthe macromolecules in the walls of elongating carrot cells. J Cell Sci. -1993. -V. 106. -(Pt. 4): 1347-56.

181. McDonald K. High-pressure freezing for preservation of high resolution fine structure and antigenicity for immunolabelling // Methods in Molecular Biology. Electron Microscopy Methods and Protocols. -1999. -V. 117. -P. 77-97.

182. McDougall G.J. Isolation and partial characterization of the non-cellulosic polysaccharides of flax fibre // Carbohydr.Res. -1993. -V. 241. -P. 227-236.

183. McDougall G.J., Morrison I.M., Stewart D., Weyers J.D.B., Hillman J.R. Plant fibres: botany, chemistry and processing for industrial use // J. Sci. Food Agric. 1993.-V. 62.-P. 1-20.

184. Metcalfe C.R., Chalk L. Anatomy of the cotyledones // Oxford, Charendon press. -1950 -V.2.

185. Mizuhira V., Hasegawa H., Notoya M. Fixation and imaging of biological elements: heavy metals, diffusible substance, iones, peptides and lipids // Prog. Histochem. Cytochem. -2000. -V. 35. -P. 67-183.

186. Mogami N., Nakamura S., Nakamura N. Immunolocalization of the cell wall components in Pinus densiflora pollen // Protoplasma. -1999. -V. 206. № 1. -P. 1-10.

187. Mol P.C., Park H.-M., Mullins J.T., Cabib E. AGTP-binding proteine regulates the activity of (1-»3)-(3-glucan synthase, an enzyme directly involved in yeast cell wall morphogenesis // J. Biol. Chem. -1994. -V. 269. -P. 31267-31274.

188. Mollenhauer H.H. Simple apparatus for plunge-freezing biological material: some design consideration // Micros. Res. Tech. -1999. -V. 44. -P. 195200.

189. Montezinos O., Brown R.M., Surface architecture of plant cell: biogenesis of cell wall with spatial emphasis on the role of the plasma membrane in cellulose biosinthesis // J. Sapramol. -1976. -V.5. -P. 277-290.

190. Montezinos O., Brown R.M. Cell wall biogenesis in Oocystis: experimental alteration of microfibril assembly and orientation // Cytobios. -1978. V. 23.-№90.-P. 119-139.

191. Morrow D.L. Lucas W.J. (l-3)-p-glucan synthase from sugar beer. I. Isolation and solubilization // Plant Physiol. -1986. -V. 81. -№ 1. -P. 171-176.

192. Morvan O., Quentin M., Jauneau A., Mareck A., Morvan C. Immunogold localization of pectin methylesterases in the cortical tissues of flax hypocotyl // Protoplasma. -1998. -V. 202.-№ l.-P. 175-184.

193. Morvan C., Andeme-Onzighi C., Girault R., Himmelsbach D.S., Driouich A., Akin D.E. Building flax fibers: more than one brick in the walls // Plant Physiol. Biochem. -2003. -V. 41. -P. 935-944.

194. Muhlethaler K. Ultrastructure and formation of plant cell walls // Annu. Rev. Plant. Physiol. -1967. -V. 18. -№ 1 -P. 1-24.

195. Muhlethaler K. The contribution of freeze-etching to membrane research //Acta Histochem Suppl.-1981.-V. 23. -№ l.-P. 117-122.

196. Mulber B.M., Emons A.M.C. A dynamical model for plant cell wall architecture formation // J. Math. Biol. -2001. -V. 42. -P. 261-289.

197. Mueller S.C., Brown R.M., Jr. Evidence for an intramembrane component associated with a cellulose microfibril synthsizing complex in higher plants // J. Cell Biol.-1980. -V. 84.-P. 315-325.

198. Nakashima J., Mizuno T., Takeda K., Fujita M., Saiki H. Direct visualization of lignifying secondary wall thickening in Zinnia elegans cells in culture // Plant Cell Physiol. -1997. -V. 38. -№ 7. -P. 818-827.

199. Nasland P., Vuong R., Chanzy H. Diffraction contrast transmission electron microscopy on flax fiber ultrathin cross section // Text. Res. J. -1988. -V. 58. -№. 7. -P. 414-417.

200. Nebenfuhr A., Staehelin L.A. Mobile factories: Golgi dynamics in plant cells //Trends Plants Sci. -2001. -V. 6. -№ 4. -p. 160-167.

201. Newcomb E.H. Plant microtubules // Annu. Rev. Plant Physiol. -1969. -V. 20. -№. 1.-P. 253-288.

202. Newman G.R., Hobot J.A. Resin microscopy and on-section immuno-cytochemistry // Springer-Verlag. New York.- 1993 -P. 221.

203. Nguyen-Quoc B., Krivitzky M., Huber S.C., Lecharny A. Sucrose synthase in developing maize leaves // Plant Physiol. -1990. -V. 94. -P. 516-523.

204. Nicolas T.N., Bassot J.M. Freeze substitution after fast-freeze fixation in preparation for immunocytochemistry // Microsc. Res. Techn. -1993. -V. 24. -P. 474-478.

205. Northcote D.H. Fine structure of cytoplasm in relation to synthesis and secretion in plant cells // Proc. R. Soc. -1969. -V. 173. -P. 21-30.

206. Notle K.D., Hendrix D.L., Radin J.W., Koch K.E. Sucrose synthase localization during initiation of seed development and trichome differentiation in cotton ovules // 1995. -Plant. Physiol. -V. 109. -P. 1285-1293.

207. Paiziev A.A., Krakhmalev V.A. Self-organization phenomena during developing of cotton fibers // Curr. Opin. Solid State Mat Sci. -2004. -V. 8. -P. 127133.

208. Pear J., Kawagoe Y., Schreckengost W., Delmer D.p., Stalker D. Higher plants contain homologs of the bacterial CelA genes encoding the catalic subunits ofthe cellulose synthase // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. -1996. -V. 93. P. 1263712642.

209. Pease D.C. Histological techniques for electron microscopy. 1960. Acad. Press. New York London. -P. 164.

210. Preston R.D. Structural and mechanical aspects of plant cell walls with particular reference to synthesis and growth // 1964. -In: The role of wood in forest trees. Eds.: Zimermann N.N. New York, Academic Press. -P. 169-188.

211. Quader H., Deichgraber G., Schnepf E. The cytoskeleton of Cobaea seed hairs//Planta.-1986. -V. 168.-№ 1.-P. 1-10.

212. Quader H., Herth W., Ryser U., Schnepf E. Cytoskeletal elements in cotton seeds hair development in vitro: their possible regulatory role in cell wall organization // Protoplasma. -1987. -V. 137. -№ 1. .p. 56-62.

213. Quader H., Scnepf E. The cytoskeleton of plant cell: structural and functional aspects // Ber. Dtsch. Bot. Ges. -1988. -V. 99. -№ 3/4. -P. 297-306.

214. Quader H., Wagenbreth I, Robinson DG^Structure, synthesis and orientation of microfibrils. V. On the recovery of Oocystis solitaria from microtubule inhibitor treatment//Cytobiologie. -1978.-V. 18.№ l.-P. 39-51.

215. Ramsey J.C., Berlin J.D. Ultrastructural aspect of early stages in cotton fiber elongation // Am. J. Bot. -1976. -V. 63. -P. 868-876.

216. Reiss H-D., Schnepf E., Herth W. The plasma memebrane of the Funaria caulonema tip cell: morphology and distribution of particle rosettes, and the kinetics of cellulose synthesis // Planta. -1984. -V. 160. -P. 428-435.

217. Reymond O.L., Pickett-Heaps J.D. A routine flat embedding method for electron microscopy of microorganisms allowing selection and precisely orientated sectioning of single cell by light microscopy // Journal of Microscopy. -1983. -V. 130. P. 79-84.

218. Robenek H. Relationship between the endoplasmic reticulum and plasma membrane of protoplast of Skimmia japónica Thunb. during cell wall regeneration // Biol. ZBL -1980 b. -V. 99. -N. 1. -P. 13-23.

219. Robenek H., Peveling E. Ultrastructure of the cell wall regeneration of isolated protoplasts of Skimmia japónica Thunb // Planta. -1977. -V. 136. -№ 2. -P. 135-145.

220. Roberts A.W., Haigler C.H. Rise in chlorotetracycline fluorescence accompanies tracheary elements differentiation in suspension cultures of Zinnia II Protoplasma. -1989. V. 152. -№ 1. -P. 37-45.

221. Roberts A.W., Haigler C.H. Tracheary-elements differentiation in suspension-cultured cells of Zinnia requires uptake of extracellular Ca 2+ // Planta. -1990. -V. 180.-P. 502-509.

222. Roberts A.W., Haigler C.H. Methylxanthines reversibly inhibit tracheary-elements differentiation in suspension cultures of Zinnia elegans L // Planta. -1992. -V. 186. -P. 586-592.

223. Roberts A.W., Koonce T.L., Haigler C.H. A simplified medium for in vivo tracheary element differentiation in mesophyll suspension cultures from Zinnia elegans L. // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. -1992. -V. 28. -P. 27-35.

224. Roberts A.W., Donovan S.G., Haigler C.H. A secreted factor induces cell expansion and formation of metaxylem-like tracheary elements in xylogenic suspension cultures of Zinnia II Plant Physiol. -1997. -V. 115. -P. 683-692.

225. Roberts A., Uhnak K. Tip growth in xylogenic suspension cultures of Zinnia elegans L.: implications for the relationship between cell shape and secondary-cell-wall pattern in tracheary elements // Protoplasma. -1998. -V. 204. -№ 103-113.

226. Roelofsen P.A., Houwink A.L. Architecture and growth of the primary cell wall in some plant hairs and the Phycomyces sporangiospores // Acta Bot. Neerl. -1953.-V. 2.-P. 218.

227. Roland, J. C., Vian B. The wall of the growing plant cell: Its three-dimensional organization // Int. Rev. Cytology. -1979. -V. 61. -P. 129-166.

228. Roland J.C., Reis D., Vian B. The cholesteric type of cell wall: nucleation of defects in structural order and its relation to spherical shape // Acta Bot. Neerl. -1993.-V. 42.-№2.-P. 91-98.

229. Roland J.-C., Mosiniak M., Roland D., Dynamique du positionnement de la cellulose dans les parois des fibres textiles du lin {Linum usitatissimum) // Acta Bot. Gallica. -1995. -V. 142. -P. 463-484.

230. Ross P., Mayer R., Benziman M. Cellulose biosynthesis and function in bacteria // Microbiol. Rev. // 1991. -V. -55. -P. 35-58.

231. Roth J. The colloidal gold marker system for light and electron microscopic cytochemistry. -1983. In: Immunocytochemistry, Vol. 2 (ed. G.R Bullock and P. Petrusz), Academic Press, London. -P. 217-284.

232. Ruel K., Joseleau J.P. Use of enzyme-gold complexes for the ultrastructural localization of hemicelluloses in the plant cell wall // Histochemistry. - 1984.-V. 81.-P. 573-580.

233. Ruel K, Joseleau JP. Use of an alpha-D-glucosidase for the specific cytochemical identification of lateral alpha-D-xylosyl end groups in plant xyloglucans // Histochemistry. -1990. -V. 93. -№ 5. -P. 469-71.

234. Ruel K., Faix O., Joseleau J.P. New immunogold probes for studing the distribution of the different lignin types during plant cell wall biogenesis // J. Tracc and Microprobes Techniques. -1994. -V. 12. -P. 247-265.

235. Ryser U. Cotton fiber initiation and histodifferentiation. In: Cotton Fibers Developmental biology, quality improvement, and textile proceccing. 2000, Ed. Basra A.-P. 1-45.

236. Salnikov V. V., van Dam J. E. G., Lozovaya V. V. Microscopy of cell wall formation in flax bast fibre // Natural Fibres. -1998. -V. 2. -P. 187-194.

237. Salnikov V.V., Grimson M.J., Delmer D.P., Haigler C.H. Sucrose synthase localazes to cellulose synthesis sites in tracheary elements // Phytochemistry. -2001. -V. 57. -P. 823-833.

238. Salnikov V., Grimson M., Seagull R., Haigler C. The localisation of Cellulose-synthesi-assotiated sucrose synthase is changeable in freeze substitution, secondary wall stage, cotton fibers // Protoplasma. -2003. -V. 221. № 3-4. -P. 175184.

239. Schlupmann H., Bacic A., Read S.M. Uridine diphosphate glucose metabolism and callóse synthesis in cultured pollen tibes of Nicotiana alata Link et Otto // Plant Physiol. -1994. -V. 105. -P. 659-670.

240. Scheible W.R., Eshed R., Rischmond T., Delmer D., Somerville C. Modifications of cellulose synthase confer resístanse to isoxaben and thazolidinone herbicides in Arabidopsis Ixrl mutant // Proc. Natl. Acad. Sci. -2001. -V. 98. -P. 10079-10084.

241. Scheible W.R., Pauly M. Glycotrasferases and cell wall biosynthesis: novel players and insights // Curr. Opin. Plant Biol. -2004. -V. 7. P. 285-295.

242. Schoch-Bodmer H., Huber P. Das Spitzewachstum der Fasern bei Linum perenne L // Experientia. -1945. -Vol. 1/9. -P. 327-328.

243. Seagull R.W. The plant cytoskeleton // CRC Rev.Plant Sci. -1989a. -V. 8. -P. 131-167.

244. Seagul R.W. The role of the cytoskeleton during oriented microfibril deposition. II. Microfibril deposition in cell with disrupted cytoskeletons. In: Cellulose and Wood: Chemistry and Technology, Schuerch, C., (ed). Wiley. -1989 b. -№ V.-P. 811-825.

245. Seagull R.W. Tip growth and transition to secondary wall synthesis in developing cotton hairs. In: Tip Growth in Plant and Fungial Cells, Heath, I.B., (ed). Academic, San Diego, CA. -1990a. -P. 261-284.

246. Seagull R.W. The effects of microtubules and microfilament disrupting agent on cytoskeletal arrays and wall deposition in developing cotton fibers // Protoplasma-1990b.-V. 159. -№ 1.-P. 44-59.

247. Seagull R.W. Role of the cytoskeletal elements in organized wall microfibrill deposition. In: Biosynthesis and Biodégradation of cellulose, Haigler, C.H. and Weimer, P.J, (eds). Marccl Dekker, New York. -1991. -P. 143-163.

248. Seagull R.W. A quantitative electron microscopic study of changes in microtubule arrays and wall microfibril orientftion during in vitro cotton fiber development//J. Cell Sci. -1992a.-V. 101.-P. 561-577.

249. Seagull R.W. Commentary: The gormonal regulation of cell elongationthough changes in microtubule orientation // Int. J. Plantt Sci. -1992b. -V. 153. -P. iii-iv.

250. Seagull R.W., Heath I. B. The organization of cortical microtubule arrays in the radish root hair // Protoplasma. -1980. -V. 103. -№ 1. -P. 205-229.

251. Silva M.T., Macedo P.M. Improved Tbieiy staining for the ultrastructural detection of polysaccharides // J.Submicrosc. Cytol. -1987. -V. 19. -№ 4.-P. 677-681.

252. Singer S.J. Preparation of an electron-dense antibody conjugate // Nature.-1959.-V. 183.-P. 1523-1524.

253. Smallwood M., Yates E.A., Willats W.G.T., Martin H., Knox J.P. Immunochemical comparison of membrane-associated and secreted arabinogalactan-proteins in rice and carrot // Planta. -1996. -V. 198. -№ 1. -P.452-459.

254. Staehelin L.A., Moore I. The plant Golgi apparatus: structure, functional organization and trafficking mechanisms //Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mo.l Biol. -1995.-V.46. P. 261-288.

255. Smallwood M., Yates E., Willats W.G.T., Martin H., Knox P. Immunochemical comparison of membrane-associated and secreted arabimogalactan-proteines in rice and carrot // Planta -1996. -V. 198. -№ l.-P. 452-459.

256. Smith R.C., Fry S.C. Endotransglycosylation of xyloglucans in plant cell suspension cultures //Biochem. J. -1991. -V. 279. P. 529-535.

257. Stewart A., Deacon J.W. Vital fluorochromes as tracers for fungal growth studies // Biotech. Histochem. -1995. -V. 70. -№ 2. -P57-65.-269331. Strivastava L.M. Histochemical studies on lignin // 1966. -Tappi 49. -P. 173-183.

258. Suplin J.K., Robinson N.M., Wilhelmus K.R., Osato M.S. Improved detection of oculomycoses using induced fluorescence with cellufluor // Ophthahmology. -1986. -V. 93. -№ 3. -P. 416-417.

259. Sung S.S., Sheih W.J., Geiger D.R., Black C.C. Growth, sucrose synthase, and invertase activities of developing Phaseolus vulgaris L. fruits // Plant Cell Environ. -1994. -V. 17. P. 419-426.

260. Takabe K., Fukazawa K., Harada H. Deposition of cell wall components in conifer tracheides // In: Plant cell polymers: biogenesis and biodégradation. -1995. -ASC Symp. Ser. -P. 47-66.

261. Tammes T. Der Flachsstengel. Eine statistisch-anatomische. Monographie // Natuurk. Verhand. v.d. Holland Maattsch. d. Wetenschappen t. Haarlem. Derde Verzameling. Deel VI. Vierde Stuk. -1907. -P. 285.

262. Taylor J., Haigler C.H., Kilburn D.G., Blanton R.L. Detection of cellulose with improved specificity using laser-based instruments // Biotechnic & Histochemistry. -1996. -V. 71. -№ 5. P. 215-223.

263. Terashima N., Fukushima K. Heterogenity in formation of lignin. VII. An autoradiographic study of the heterogenous formation and structure of pine lignin // Wood Sci. Technol. -1988. -V. 22. -P. 269-270.

264. Tiwari S.C., Wilkins T.A. Cotton (Gossipium hirsutum) seed trichomes expand via diffuse growing mechanism // Can. J. Bot. -1995. -V. 73. -P. 746-757.

265. Van Genderen I.L., Van Meer G., Slot J.W., Geuze H.J., Voorhout W.F. Subcellular localization of Forssman glicolipid in epitelial MDCK cells by immuno-electronmicroscopy after freeze-substitution // J. Cell Biol. -1991. -V. 115. -P. 10091019.

266. Varner J., Taylor R. New ways to look at the architecture of plant cell walls // Plant Physiol. -1989. -V. 91. -P. 31-33.

267. Vian B., Roland J-C. Affinodetection of the sites of formation and of the further distribution of polygalacturonans and native cellulose in growing plant cells // Biol. Cell. -1991. -V. 71. -P. 43-55.

268. Vian B., Roland J.-C., Reis D. Primary cell wall texture and its relation to surface expansion // Internat. J. Plant Sci. -1993. -V. 154. -№ 1. -P. 1-9.

269. Viere M., Jauneau A., Knox J.P., Driouich A. Immunolocalization of P-(l->4) and |3-(1->6)-D-galactan epitopes in cell wall and Golgi stacks of developing flax root tissues // Protoplasma. -1998. -V. 203. -P. 26-34.

270. Vos J.W., Hepler P.K. Calmodulin is uniformly distributed during cell division in living stamen hair cells of Tradescantia virginiana // Protoplasma. -1998. -V. 201.-P. 158-171.

271. Wada M., Staechelin L.A. Freeze-fracture observation on plasma membrane, the cell wall and the cuticle of growing protonemata of Adiantum capillus-veneris L. // Planta. -1981. -V. 151. -№ 3-4. -P. 462-468.

272. Wasteneys G.O. The cytoskeleton and growth polarity // Curr. Opin. Plant Biol. -2000.-V. 3. -P. 503-511.

273. Wasteneys G.O. Microtubules organization in the green kindom: chaos or self order? // J. Cell Sci. -2002. -V. 115. -P. 1345-1354.

274. Wasteneys G.O. Progress in understanding the role of microtubules in plant cells // Curr. Opin. Plant Biol. -2004. -V. 7. -P. 651-660.

275. Waterkeyn L. Cytochemical localization and function of the 3-linked glucan callose in the developing cotton fibre cell wall // Protoplasma. -1981. -V. 106. -№ l.-P. 49-67.

276. Westafer J.M., Brown R.M., Jr. Electron microscopy of the cotton fiber: new observation on wall formation//Cytobios.-1976.-V. 15.-P. 111-138.

277. Whetten R., Sederoff R. Lignin biosynthesis // The Plant Cell. -1995. V. 7.-P. 1001-1013.

278. Willemse M.T.M., Den Outer R.W. Stem anatomy and cell wall autofluorescence during growth of tree maize {Zea mays L.) cultivars // Acta Botanica Neerlandica. -1988. -V. 37. -P. 39-47.

279. Willemse M.T.M., Emons A.M.C. Autofluorescence and HPLC analysis of phenolic in Zea mays L. stem cell walls // Acta Botanica Neerlandica. -1991. -V. 40. -P. 115-124.

280. Willison J.H.M., Brown R.M., Jr. An examination of the development cotton fiber wall and plasmalemma // Protoplasma. -1977. -V. 92. -№ 1. -P. 21-41.

281. Winter H., Huber S.C. Regulation of sucrose metabolism in higher plants: localisation and regulation of activity of key enzymes // Critical Reviews in Plant Sciences. -2000 b. -V. 19. -№ 1. -P. 31-67.

282. Whitaker D. Cellulases. In: The enzymes // Ed: Boyer P. Academic Press, NY.-1971 -V. 5-P. 273.

283. Zang P., Toyoshima C., Yonekura K., Green n.M., Stokes D.L. Structure of the calcium pump from sarcoplasmic reticulum at 8 A resolution // Nature. -1998. -V. 392.-P. 835-839.

284. Zhu J.-K., Damsz B., Kononowisz A.K., Bressan R.A., Hasegawa P.M. A higher plant extracellular vitronectin-like adhesion protein is related to the transitional elongation factor-la// Plant Cell. -1994. -V. 6. -P. 393-404.

285. Zrenner R., Salanoudat M., Willmitzer L., Sonnewald U. Evidence of the crucial role of sucrose synthase for sink strength using trasgenic potato plants (Solanum Tuberosum L.) // Plant J. -1995. -V. 7. -P. 97-107.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Изучен процесс биосинтеза бактериальной целлюлозы (БЦ) на ферментативном гидролизате лигноцеллюлозного материала мискантуса. Лигноцеллюлозный материал получен обработкой мискантуса разбавленным раствором азотной кислоты на опытном производстве. Ферментативный гидролиз осуществлён в ферментере объёмом 11 л. Биосинтез БЦ проведён с помощью симбиотической культуры Мedusomyces gisevii Sa-12. Установлено, что численность уксуснокислых бактерий в процессе культивирования в 1,2 раза меньше, чем дрожжей. Основная утилизация субстрата происходит за 6 суток культивирования, константа утилизации субстрата составляет 0,234 сут-1. Показано, что ферментативный гидролизат лигноцеллюлозного материала мискантуса не является доброкачественной питательной средой для биосинтеза БЦ, выход БЦ составил 5,6 %, что в 1,6 раз меньше, чем выход на синтетической питательной среде. Установлено, что бактериальная целлюлоза, полученная на данной среде, является химически чистой.

бактериальная целлюлоза

Мedusomyces gisevii

инфракрасная спектроскопия

ферментативный гидролизат

мискантус

1. Бактериальная целлюлоза, синтезируемая Gluconacetobacter hansenii, для использования в медицине / Т.И. Громовых и [др.] // Прикладная биохимия и микробиология. – 2017. – Т. 53, № 1. – С. 69–75.

2. Перспективы применения бактериальной целлюлозы в мясопродуктах / Т.И. Громовых и [др.] // Мясная Индустрия. – 2013. – № 4. – C. 32–35.

3. Octave S. Biorefinery: toward an industrial metabolism / S. Octave, D. Thomas // Biochimie. – 2009. – № 91. – P. 659–664.

4. Gismatulina Y.A., Budaeva V.V., Sakovich G.V., Veprev S.G., Shumny V.K. Cellulose from various parts of soranovskii miscanthus // Russian Journal of Genetics: Applied Research. – 2015. – Vol. 5, № 1. – Р. 60–68.

5. Гисматулина Ю.А. Сравнение физико-химических свойств целлюлоз, полученных комбинированным способом из листа и стебля мискантуса / Ю.А. Гисматулина / Вестник алтайской науки. – 2014. – № 1 (19). – С. 302–307.

6. Макарова Е.И. Биоконверсия непищевого целлюлозосодержащего сырья: энергетических растений и отходов АПК: дис. … канд. технич. наук. – Щелково, 2015. – 161 с.

7. Гладышева Е.К. Особенности структурных характеристик бактериальной целлюлозы, синтезированной на ферментативном гидролизате лигноцеллюлозного материала плодовых оболочек овса / Е.К. Гладышева, Е.А. Скиба, Л.А. Алешина // Ползуновский вестник. – 2016. – № 4–1. – С. 152–156.

8. Skiba E.A., Budaeva V.V., Baibakova O.V., Udoratina E.V., Shakhmatov E.G., Shcherbakova T.P., Kuchin A.V., Sakovich G.V. Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulosic Materials in Aqueous Media and the Subsequent Microbiological Synthesis of Bioethanol // Catalysis in Industry. – 2016. – Vol. 8, № 2. – Р. 168–175.

9. Cкиба Е.А. Методика определения биологической доброкачественности гидролизатов из целлюлозосодержащего сырья с помощью штамма Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-1693 / Е.А. Cкиба // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2016. – № 1 (16). – С. 34–44.

10. Гладышева Е.К. Биосинтез бактериальной целлюлозы культурой Мedusomyces gisevii / Е.К. Гладышева, Е.А. Скиба // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. – 2015. – № 3. – С. 149–156.

11. Гладышева Е.К. Исследование влияния температуры на синтез бактериальной целлюлозы продуцентом Мedusomyces gisevii / Е.К. Гладышева // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 8–1. – С. 36–40.

12. Юркевич Д.И. Медузомицет (Чайный гриб): научная история, состав, особенности физиологии и метаболизма / Д.И. Юркевич, В.П. Кутышенко // Биофизика. – 2002. – № 6. – С. 1116–1129.

13. Yang, X.-Y., Huang C., Guo H.-J., Xiong L., Li Y.-Y., Zhang H.-R., Chen X.-D. Bioconversion of elephant grass (Pennisetum purpureum) acid hydrolysate to bacterial cellulose by Gluconacetobacter xylinus // Journal of Applied Microbiology. – 2013. – № 115. – Р. 995–1002.

14. Яровенко В.Л. Технология спирта / В.Л. Яровенко, В.А. Маринченко, В.А. Смирнов. – М.: Колос, 1999. – 464 с.

15. Новый справочник химика и технолога. Сырье и продукты промышленности органических и неорганических веществ. Ч. ΙΙ. – СПб.: НПО «Профессионал», 2006. – 1142 с.

Масштабирование процесса и реализация на практике биотехнологического производства зависит от таких факторов, как наличие воспроизводимого массового дешевого сырья; простота трансформации сырья в питательную среду; возможность аппаратурного оформления производства стандартным либо новым эффективным оборудованием; высокий выход целевого продукта и обеспечение стандартности его качества. Ввиду перспективности использования БЦ в различных областях необходимо создание ее промышленного производства, при этом важной задачей является поиск подходящих источников углерода, имеющих низкую стоимость и не конкурирующих с пищевой продукцией. Актуальным направлением получения БЦ является использование целлюлозосодержащего сырья для получения из него альтернативных питательных сред.

Массовое использование ископаемых ресурсов в течение прошлого столетия и связанная с этим проблема загрязнения вызвали значительное число экологических и экономических проблем. Предположительно, эти ресурсы будут исчерпаны в ближайшем будущем. Данные причины способствуют прогрессивному переходу к экономике на основе возобновляемых материалов (биомассы) в качестве сырья для производства химических веществ, материалов, топлива и энергии в пределах так называемой концепции биоконверсии. Целлюлоза является одним из наиболее распространенных полисахаридов и рассматривается как неисчерпаемый и универсальный источник. Перспективным является использование так называемых энергетических, т.е. быстрорастущих растений: мискантуса, проса, сорго и т.д. . Мискантус - род многолетних травянистых растений семейства мятликовых. Представляет растение высотой до 200 см, стебли прямостоячие, листья простые пластинчатой формы, верхушка острая, основание клиновидное, соцветия в виде метелок. Растение является многолетним злаком и начиная с третьего года культивирования может ежегодно продуцировать на одном поле на протяжении 15-20 лет 10-15 т/га/год сухой биомассы, что соответствует 4-6 т/га чистой целлюлозы .

В ИПХЭТ СО РАН разработана технология получения ферментативных гидролизатов из мискантуса. Предварительно мискантус подвергают химической обработке разбавленными растворами кислоты и/или щелочи , а затем ферментативному гидролизу . Исследование процесса биосинтеза БЦ на ферментативном гидролизате лигноцеллюлозного материала плодовых оболочек овса показало, что для успешного микробиологического синтеза ферментативный гидролизат должен обладать биологической доброкачественностью.

В данной работе в качестве субстрата для ферментативного гидролиза выбран лигноцеллюлозный материал (ЛЦМ) мискантуса. ЛЦМ мискантуса получают обработкой сырья в одну стадию разбавленным раствором азотной кислоты при атмосферном давлении в стандартном оборудовании. Показано, что ферментативный гидролизат, полученный из ЛЦМ мискантуса, является биологически доброкачественным для биосинтеза этанола и не нуждается в дополнительной технологической обработке для освобождения его от вредных примесей .

Целью данной работы являлось изучение процесса биосинтеза БЦ на ферментативном гидролизате ЛЦМ мискантуса и исследование структуры полученных образцов методом инфракрасной спектроскопии. Следует отметить, что данная задача неоднозначна, поскольку продуценты БЦ более требовательны к составу питательных сред, следовательно, данные по доброкачественности среды для дрожжей не могут быть экстраполированы на целлюлозосинтезирующие микроорганизмы .

Материалы и методы исследования

ЛЦМ мискантуса был получен обработкой разбавленным раствором азотной кислоты на опытном производстве ИПХЭТ СО РАН и имел следующий состав (%, в пересчете на а.с.в.): массовая доля кислотонерастворимого лигнина - 10,6, массовая доля золы - 4,8, массовая доля целлюлозы по Кюршнеру - 86,7, массовая доля пентозанов - 7,9.

Ферментативный гидролиз ЛЦМ мискантуса проводился в ферментере объёмом 11 л в водной среде при 47 ± 2 °С в течение 72 ч с помощью ферментных препаратов Целлолюкс-А (0,04 г/г субстрата) и Брюзайм BGX (0,1 мл/г субстрата), активная кислотность поддерживалась на уровне 4,7 ± 0,2 с помощью гидроксида аммония и ортофосфорной кислоты, начальная концентрация субстрата составила 60 г/л, более подробно методика описана в работе .

Полученный ферментативный гидролизат отфильтровывался от остатков субстрата под вакуумом. Гидролизат представлял собой прозрачную жидкость рыжего цвета с кислым запахом, активная кислотность 4,7 ед. рН. Общее количество редуцирующих веществ (РВ) составило 49,0 г/л, из них ксилозы - 2,8 г/л. В отфильтрованный ферментативный гидролизат ЛЦМ из мискантуса вносился охлажденный настой чая (1 л дистиллированной воды доводили до кипения, добавляли сухой черный байховый чай, проводили экстракцию в течение 15 мин, охлаждали и отфильтровывали). При этом питательная среда стандартизовалась по содержанию РВ от 20 до 25 г/л и по содержанию экстрактивных веществ чая от 1,6 г/л до 4,8 г/л .

В качестве продуцента для биосинтеза БЦ использовалась симбиотическая культура Мedusomyces gisevii Sa-12. Предварительно проводилась адаптация культуры на исследуемой питательной среде. Инокулят вносился в питательные среды в количестве 10 % от объема питательной среды, культивирование проводилось в статических условиях при 27 °С в течение 24 суток. Условия культивирования выбраны на основании ранее проведённых работ .

Микробиологические показатели (количество дрожжей и уксуснокислых бактерий) контролировались с использованием микроскопа B-150 OPTIKA. Прирост пленки БЦ оценивался гравиметрическим методом (весы лабораторные аналитические Explorer EX-224), уровень активной кислотности контролировался с помощью иономера (иономер И-160 МИ). Концентрация РВ контролировалась спектрофотометрическим методом (спектрофотометр «UNICO-2804», США) с использованием динитросалицилового реактива, концентрация ксилозы определялась по стандартной методике, которая основана на образовании фурфурола из пентозанов.

Структура бактериальной целлюлозы была исследована на инфракрасном спектрофотометре «Инфралюм ФТ-801» в таблетках KBr.

Результаты исследования и их обсуждение

Изменение количества дрожжей и уксуснокислых клеток в процессе культивирования Мedusomyces gisevii Sa-12 на ферментативном гидролизате ЛЦМ мискантуса представлено на рис. 1, изменение уровня активной кислотности в процессе культивирования Мedusomyces gisevii Sa-12 - на рис. 2.

Концентрация клеток дрожжей в питательной среде в процессе культивирования оказалась на порядок выше, чем уксуснокислых бактерий. Для дрожжей лаг-фаза не наблюдалась, увеличение концентрации клеток происходило с 0 по 12 сутки, после 12 суток происходила фаза отмирания. Для уксуснокислых бактерий наблюдалась лаг-фаза, до 8 суток их количество увеличивалось, с 8 по 10 сутки количество клеток оставалось постоянным, после 10 суток происходила фаза отмирания.

Рис. 3. Зависимость концентрации РВ и выхода БЦ от продолжительности культивирования

В процессе культивирования симбиотической культуры Мedusomyces gisevii в питательной среде в результате действия защитного механизма накапливаются промежуточные продукты гликолиза: уксусная, глюконовая кислоты, этанол и глицерин , косвенно об их накоплении можно судить по изменениям рН. Начальная активная кислотность питательной среды составляла 4,0, до шестых суток культивирования значение pH понизилось до 3,8. Далее в процессе культивирования значение активной кислотности среды повышалось до 5,9. Повышение активной кислотности не характерно для данного продуцента, однако похожая зависимость описана при культивировании продуцента Gluconacetobacter xylinus CH001 на кислотном гидролизате мискантуса .

На рис. 3 представлена зависимость концентрации РВ и выхода БЦ от продолжительности культивирования.

Константа скорости утилизации субстрата рассчитана по формуле :

где Ку.с. - константа утилизации субстрата, сут-1; S1, S2 - концентрация РВ в начальный и конечный моменты времени; t1, t2 - начальный и конечный моменты времени, сутки.

Рис. 4. Ик-спектр образца БЦ

Утилизация субстрата происходила в два периода: с 0 по 6 сутки культивирования константа скорости утилизации субстрата составила 0,234 сут-1, со 6 по 24 значение снизилось в 12 раз и составило 0,020 сут-1. Быстрая утилизация РВ с 0 по 6 сутки связано с потреблением субстрата микроорганизмами и их активным размножением. Со 6 по 24 сутки РВ медленно расходуются на поддержание жизнедеятельности микроорганизмов.

Гидролизат ЛЦМ мискантуса преимущественно состоит из глюкозы, концентрация ксилозы в нулевой момент времени составила 1,2 г/л. На 7 сутки культивирования общая концентрация РВ составила 4,9 г/л, при этом количество ксилозы в гидролизате практически не изменилось и составило 0,8 г/л. Через 24 суток культивирования концентрация РВ в питательной среде составила 3,4 г/л, а ксилозы - 0,3 г/л.

Скорость синтеза продукта (бактериальной целлюлозы) рассчитана по формуле

где Кс.п. - константа синтеза продукта, сут-1; С1, С2 - масса продукта в начальный и конечный момент времени; t1, t2 - начальный и конечный моменты времени, сутки.

В первые сутки культивирования на поверхности питательной среды не наблюдалось четко выраженной гель-пленки БЦ. На вторые сутки культивирования образовалась тонкая гель-пленка БЦ. Основной прирост биомассы происходил с 2 по 6 сутки культивирования - выход БЦ увеличился с 1,1 % до 4,7 %; константа скорости синтеза продукта в этот период составила 0,363 сут-1. С 6 по 10 сутки выход БЦ вырос до 5,6 %, константа скорости синтеза продукта в этот период снизилась до 0,044 сут-1. Далее скорость синтеза БЦ снижается, стремясь к нулевому значению.

С 10 по 24 сутки выход БЦ снизился до 1 %, что указывает на идущие процессы деструкции, этот период совпадает с фазой отмирания дрожжей и уксуснокислых бактерий. Таким образом, на практике начало фазы отмирания микроорганизмов может служить критерием окончания процесса биосинтеза БЦ.

Ферментативный гидролизат ЛЦМ мискантуса не является благоприятной питательной средой для биосинтеза БЦ, наибольший выход БЦ составил 5,6 %, что в 1,6 раз меньше, чем выход БЦ на синтетической питательной среде при культивировании Мedusomyces gisevii Sa-12 в аналогичных условиях - 9,0 % . Предположительно, это можно объяснить способом предобработки исходного сырья и присутствием примесей в ферментативном гидролизате ЛЦМ мискантуса, которые могут ингибировать биосинтез БЦ. Таким образом, доброкачественность ферментативного гидролизата ЛЦМ мискантуса для биосинтеза этанола не является гарантией доброкачественности для биосинтеза БЦ, что обусловлено большой требовательностью к качеству питательных сред симбиотических продуцентов Мedusomyces gisevii Sa-12 по сравнению с Saccharomyces сerevisiae. Можно предположить, что для успешного биосинтеза БЦ следует использовать более чистые субстраты, например техническую целлюлозу мискантуса.

На рис. 4 представлен ИК-спектр образца БЦ, синтезированного на ферментативном гидролизате ЛЦМ мискантуса.

В инфракрасном спектре образца БЦ присутствует интенсивная полоса при 3381 см-1, которая указывает на валентные колебания OH-групп. Менее интенсивная полоса при 2917 см-1 обусловлена валентными колебаниями групп CH2, CH. В спектре БЦ полосы в диапазоне 2000-1500 см-1 принадлежат деформационным колебаниям OH-групп прочно связанной воды. Слабые полосы поглощения в диапазоне: 1430-1370 см-1 обусловлены деформационным колебаниям групп CH2; 1360-1320 см-1 - деформационные колебания групп OH в CH2OH. Полосы при 1281 и 1235 см-1 указывают на деформационные колебания OH-групп в спиртах. Полоса при 1204 см-1 указывает на деформационные колебания OH-групп. Полосы поглощения в области 1000-1200 см-1 обусловлены в основном валентными колебаниями C-O-C и C-O в спиртах . Таким образом, методом ИК подтверждено, что БЦ, полученная на ферментативном гидролизате ЛЦМ, является чистым соединением, содержащим только целлюлозу.

Исследован процесс биосинтеза БЦ симбиотической культурой Мedusomyces gisevii Sa-12 на ферментативном гидролизате ЛЦМ мискантуса. Основная утилизация субстрата происходит за 6 суток культивирования, константа утилизации субстрата составляет 0,236 сут-1. Установлено, что численность уксуснокислых бактерий в процессе культивирования на порядок меньше, чем дрожжей, и через 10 суток составляет 1,1 КОЕ/мл. Показано, что на практике начало фазы отмирания симбиотических микроорганизмов может служить критерием окончания процесса биосинтеза, так как эта фаза совпадает с процессом деструкции БЦ. Показано, что ферментативный гидролизат ЛЦМ мискантуса не является доброкачественной питательной средой для биосинтеза БЦ: выход БЦ на 10 сутки культивирования составляет 5,6 %, что в 1,6 раз меньше, чем выход БЦ на синтетической питательной среде, а на 24 сутки выход падает до 1,0 %, то есть БЦ подвергается деструкции. С помощью инфракрасной спектроскопии установлено, что БЦ является чистым соединением, содержащим только целлюлозу.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 17-19-01054).

Библиографическая ссылка

Гладышева Е.К. БИОСИНТЕЗ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ НА ФЕРМЕНТАТИВНОМ ГИДРОЛИЗАТЕ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО МАТЕРИАЛА МИСКАНТУСА // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 9-2. – С. 290-294;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41742 (дата обращения: 13.12.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Транскрипт

1 УДК:581.19: БИОСИНТЕЗ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ: СОВРЕМЕННЫЙ ВЗГЛЯД И КОНЦЕПЦИИ В.В. Титок 1, В.Н. Леонтьев 2, И.В. Федоренко 3, С.В. Кубрак 1, С.И. Юренкова 1, З.Е. Грушецкая 1 1 Институт генетики и цитологии НАН Беларуси, Минск, Республика Беларусь 2 Белорусский государственный технологический университет, Минск, Республика Беларусь 3 Белорусский государственный университет, Минск, Республика Беларусь Понимание биосинтеза полисахаридных компонентов клеточной стенки, а именно целлюлозы привлекает большое внимание исследователей в свете фундаментальной важности этих молекул не только для функционирования растения, но и для человека. Целлюлоза является самым распространенным биополимером на Земле. Многие производства зависят от целлюлозы, поскольку являются неотъемлемой частью продукции волокна для текстиля и бумажной продукции, диетической клетчатки и древесины для строительных материалов. Цель данной работы анализ современных моделей биосинтеза целлюлозы в клеточных стенках растений, оценка экспрессии генов целлюлозосинтазы и активности сахарозосинтазы у льна-долгунца в ходе онтогенеза. Целлюлоза полисахарид, макромолекулы которого построены из остатков D-глюкозы (рис. 1A). В зависимости от источника, из которого получена целлюлоза, ее кристаллическое состояние, степень кристалличности и молекулярный вес варьируют. Кристаллическое состояние целлюлозы определяется расположением глюкановых цепей по отношению друг другу в элементарной ячейке. В природе большое количество целлюлозы продуцируется в виде кристаллической целлюлозы целлюлозы I. Глюкановые цепи в целлюлозе I параллельны друг другу и упакованы бок о бок для образования микрофибрилл, которые у большинства растений достигают 3 nm толщины. В целлюлозе I обнаружены два кристаллических субаморфа (Iα и Iβ), отличающиеся друг от друга по кристаллической упаковке, молекулярной конформации и водородным связям. Макромолекулы целлюлозы в волокнах образуют агрегаты, являющиеся элементами надмолекулярной структуры. В продольном направлении молекулярные цепи целлюлозы проходят через большое число аморфных и кристаллических (длиной нм) областей (рис. 1B). Элементарные фибриллы являются ассоциатами макромолекул диаметром до 3,5-4,0 нм, состоящие приблизительно из 36 цепей 1,4-β-глюкана. Они образуют более крупные объединения с поперечным сечением до нм микрофибриллы (рис. 1C).

2 Микрофибриллы находятся в матриксе из гемицеллюлоз (ксилоглюкан, ксилан, глюкоманан, арабиноксилан) и пектиновых полисахаридов (арабинан, гомогалактарунан, галактан, рамногалактарунан) и являются фундаментом клеточных стенок, обеспечивая механическую прочность и контроль в ходе расширения клетки в ходе развития растения.

3 Рисунок 1. Структурная модель микрофибриллы целлюлозы : А молекулярная цепь целлюлозы, состоящая из остатков D-глюкозы; В кристаллическая область цепи целлюлозы; С микрофибрилла целлюлозы, состоящая из β-(1,4)-глюкановых цепей.

4 Клеточные стенки в зависимости от стадии роста могут быть первичными и вторичными (рис. 2). Первичная клеточная стенка с толщиной до 100 нм существует во время роста клетки растяжением. Она эластична, что позволяет клеткам увеличиваться в размерах. После остановки роста клетки первичная клеточная стенка, как правило, заменяется вторичной менее эластичной, по толщине намного превосходящей первичную. Целлюлозные волокна в первичной клеточной стенке располагаются хаотично относительно друг друга. Микрофибриллы целлюлозы во вторичной стенке ориентированы более параллельно, по сравнению с первичной и имеют определенный угол по отношению к оси клетки. Вторичная стенка волокна обычно состоит из трех слоев: S 1, S 2, и S 3. Каждый слой имеет различный микрофибрильный угол: в S 1 и S 3 почти поперечный к оси клетки, а в слое S 2, который занимает почти 80% всей стенки, Рисунок 2. Структура первичной и вторичной клеточных стенок льна .

5 Образование целлюлозы происходит в плазматической мембране. Структуры, ответственные за синтез целлюлозы, были идентифицированы с помощью электронного микроскопа . У растений это розеточный терминальный комплекс (рис. 3A). Розетка имеет диаметр приблизительно 24 nm и представляет собой шестикратную, симметричную упаковку каталитических субъединиц. На основании ультраструктурных исследований появилась возможность создания модели сборки розетки. Существует две основные схемы сборки этого комплекса: 1) розетки собираются в аппарате Golgi и затем транспортируются в виде Golgi-везикул в плазматическую мембрану ; 2) ферментный комплекс, участвующий в синтезе β-1,4-глюкановых цепей и имеющий массу >500 kda, формируется непосредственно на плазматической мембране из предшественников, которые производятся в Golgi-везикулах . Внутри каждого комплекса помимо каталитических субъединиц присутствуют другие компоненты, участвующие в процессах снабжения субстратом, инициации и терминации удлинения цепи или в регуляции активности этого образования. Основываясь на современном представлении синтеза целлюлозы, UDP-глюкоза используется для связывания активной зоны ферментного комплекса на цитолазматической поверхности плазматической мембраны с полисахаридом, который продавливается через мембрану, предположительно через структуру пор, вовнутрь клеточной стенки . Ферментный комплекс розетки растений состоит из субъединиц целлюлозосинтазы (рис. 3A). Впервые целлюлозосинтаза на молекулярном уровне была идентифицирована у целлюлозопродуцирующих бактерий Agrobacter xylinum .

6 Рисунок 3. Схематическое изображение розеточного терминального комплекса : A гексаметрическая розетка, включающая шесть розеточных субъединиц, каждая из которых состоит из шести CesA белков; B CesA белок, состоящий из трансмембранных доменов (TMD) с N- и C-терминалами и активной зоны, находящейся в цитоплазме. Последовательности ДНК, кодирующие целлюлозосинтезы у растений, были обнаружены после сиквенирования из случайных аналогов cdna банка хлопкового волокна . Растительные целлюлозосинтазы мембранно-связанные белки с 8 трансмембранными завитками: два на N-конце и шесть на C-конце (рисунок 3B), ограничивающие центральный цитоплазматический домен, а также области, которые отсутствуют у бактериальных копий, и содержат две большие инсерции внутри центрального домена: одна «консервативная зона» (CR-P), другая «гипервариабельная зона» (HVR) . Целлюлозосинтаза хлопка содержит цинк-связанный домен в N-терминале .

7 Гены, кодирующие целлюлозосинтазы (CesA), идентифицированы у более, чем 170 разновидностей растений. При изучении генома Arabidopsis, обнаружено, что это растение имеет 10 генов целлюлозосинтаз и 30 генов подобных целлюлозосинтазе (Csl) . Анализ генной экспрессии CesA в тканях листьев на различных стадиях онтогенеза растений и в различных условиях выращивания в большинстве случаев не выявил значительных различий. Однако было обнаружено, что в процессе роста клетки экспрессируются различные гены: одни активизируются при синтезе целлюлозы в первичной, а другие во вторичной клеточной стенке . Взаимосвязь между этими генами наблюдалась при изучении целлюлозо-дефицитных мутантов. У Arabidopsis гены CesA1, CesA3 и CesA6 экспрессируются во время синтеза целлюлозы в первичной клеточной стенке , а CesA4, CesA7 и CesA8 во вторичной клеточной стенке . Аналогичные результаты получены и на других растениях . На основании этих данных предположили, что у растений для образования функциональной розетки необходимы три различных генных продукта CesA , так как мутация в любом из них приводила к потере структуры микрофибриллы целлюлозы. Методом инфракрасной микроспектроскопии были выявлены различия в составе клеточной стенки интактных и мутантных растений, которые состояли в уменьшение у мутантов количества кристаллической целлюлозы и комплементарном увеличении содержания структурных белков . К настоящему времени созданы гипотетические модели, показывающие расположение различных субъединиц CesA белков в розетке, но все еще недостаточно экспериментальных данных, подтверждающие эти концепции. Одна из них основана на том, что для сборки розетки целлюлозосинтазы необходимо два этапа: образование линейных комплексов, состоящих из шести частиц, которые включают три различные гомодимера (каждый димер состоит из одной целлюлозосинтазы), происходит внутри цитоплазматической основы розеточной структуры; линейные комплексы выстраиваются в розетке с шестикратной симметрией. По другой концепции сборка линейных комплексов в розетку осуществляется в эндоплазматической сети и аппарате Golgi, затем собранная розетка транспортируется к плазматической мембране для активации и синтеза микрофибриллы . По современным представлениям биосинтез целлюлозы последовательный процесс полимеризации, кристаллизации и экструзии . Существует 4 модели этого процесса (рис. 4). Первая модель основывается на том, что каталитический участок целлюлозосинтазы и UDP-глюкоза находятся в цитоплазме, а образовавшиеся

8 глюкановые цепи транспортируются во внеклеточное пространство через структуру подобную поре, которая может быть частью каталитической субъединицы или комплексом из многих субъединиц, а для экструзии необходимо функционирование каталитической субъединицы и связанных белков (рис. 4А). Во второй модели каталитический участок целлюлозосинтазы ориентирован к внеклеточному пространству, где и осуществляется полимеризация (рис. 4В). Транспортные белки могут включаться в перенос UDP-глюкозы и использоваться при полимеризации глюкановой цепи. В третьей модели для биосинтеза целлюлозы необходим липидный интермедиатор, который образуется на цитоплазматической поверхности клетки с помощью гликозилтрансферазы (рис. 4С). Полимеризация глюкановой цепи происходит в цитоплазме, а для ее экструзии требуются связанные белки. В четвертой модели для биосинтеза целлюлозы необходимы, по крайней мере, две гликозилтрансферазы, каталитические участки которых локализованы на цитоплазматической и внецитоплазматической поверхностях клетки (рис. 4D).

9 Рисунок 4. Гипотетические модели биосинтеза целлюлозы : A первая модель каталитическая область CesA белка находится в цитоплазме, β-(1,4)-глюкановая цепь

10 проходит через плазматическую мембрану во внеклеточное пространство; B вторая модель каталитическая область расположена на поверхности клетки, UDP-глюкозу поставляют какие-то белки;.c третья модель липидный интермедиатор участвует в образовании гликозидной связи в молекулярной цепи целлюлозы; D четвертая модель комбинация моделей 2 и 3. По этой модели, глюкоза передается от UDP-глюкозы к мембранному липиду на цитоплазматической поверхности для образования липидо-глюкозы или липидо-олигосахаридного комплекса, который может быть прикреплен к мембране. Гликозилтрансфераза, расположенная в мембране с каталитическим участком, находящимся снаружи, используется для присоединения интермедиатора и завершения реакции полимеризации, которая происходит во внецитоплазматическом пространстве. Полученные к настоящему времени данные указывают, что модель 1 является наиболее оптимальной для объяснения биосинтеза целлюлозы. Модели 3 и 4 также могут быть реальными, однако роль липидов в этом процессе еще не достаточно аргументирована. Известно, что для биосинтеза целлюлозы необходимы сахара, поэтому изучение ферментов, участвующих в метаболизме сахарозы, является актуальным, так как точная их локализация и пространственно-временная регуляция во время роста и развития растений еще недостаточно изучены. Зависимость биосинтеза целлюлозы от сахарозы подтверждена многочисленными данными и показано, что повторное использование UDP может усилить активность этого процесса . Основную роль при распаде сахарозы в тканях растений играет фермент сахарозосинтаза (SuSy, К.Ф). Преимущество разложения сахарозы с помощью SuSy по сравнению с инвертазой состоит в том, что энергия гликозидной связи сохраняется в UDP-глюкозе, которая является субстратом для синтеза целлюлозы бактериями , во время инициации заложения хлопкового волокна и образования его вторичной стенки . SuSy в клетке находится в виде растворимой (S-SuSy) и мембранно-связанной (P-SuSy) формах. Высокая активность S-SuSy обнаружена в цитоплазме различных растительных тканей, где ее продукты используются в общем метаболизме клетки и для синтеза запасных полимеров типа крахмала . P-SuSy, обнаруженная во вторичной клеточной стенке, что согласуется с ориентированным синтезом микрофибрилл целлюлозы, обеспечивает канальную проводимость UDP-глюкозы к целлюлозе на плазматической мембране. Биохимический анализ выявил высокую концентрацию фермента на поверхности волокна около кортикальных микротрубочек в непосредственной близости к участку биосинтеза целлюлозы в

11 плазматической мембране . Количество P-SuSy in vivo является переменным, что обусловлено стадией развития растений . Основным ферментом биосинтеза целлюлозы является целлюлозосинтаза (Ces, К.Ф). Изучение активности этого фермента сопряжено с большими трудностями, одна из которые заключается в выделения функционально активной целлюлозосинтазы. Поэтому нами было проведено изучения экспрессии генов, кодирующих субъединицы целлюлозосинтазы в клеточных стенках льна. Анализ нуклеотидных последовательностей EST (Expressed Sequence Tag) шести субъединиц CesA, зарегистрированных в GenBank (EF EF410000, EF EF214744) позволил сконструировать праймеры, специфичные к фрагменту кднк определенной субъединицы СesA. Амплификация кднк растений льна со специфическими праймерами к генам CesA-1 и CesA-6 дала возможность идентифицировать фрагменты ожидаемого молекулярного размера (201 и 300 п.н. соответственно) (рис. 5). M Рисунок 5. ПЦР фрагменты, полученные при амплификации ДНК и кднк льна со специфическими CesA-6 (1-4) и CesA-1 (5,6) праймерами. 1, 2, 5 ДНК; 3, 4, 6 кднк. M маркер молекулярного веса (1 kb DNA ladder (BRL)). Стрелки показывают кднк маркеры к CesA генам. При амплификации сконструированных праймеров с ДНК льна были получены более тяжелые продукты, размером около 300 п.н. для CesA-1 и 400 п.н. для CesA6, что может свидетельствовать о наличии интрона в амплифицируемой области (рис. 6). Разработанные молекулярные маркеры, идентифицирующие эти гены, позволили

12 достоверно идентифицировать данные локусы на кднк льна и сравнить уровень их экспрессии с помощью количественной Real-time PCR. Рисунок 6. Фрагмент CesA-6 EST последовательность (стрелка указывает SNP сайт).

13 В связи с тем, что SuSy играет основную роль в образовании каналов UDP-глюкозы к целлюлозосинтазе во время образования клеточных стенок, нами было проведено изучение активности этого фермента. Высокая активность SuSy, обнаруженная у льна-долгунца на стадии быстрого роста, может указывать на активизацию процессов синтеза целлюлозы в ходе элонгации первичных и образования вторичных клеточных стенок в листьях и стеблях растений, а также, что особенно важно, при формировании волокна . Снижение активности SuSy на стадии «цветения» по сравнению с предыдущей стадией может свидетельствовать об уменьшении пула субстратов, образуемых в результате разложения сахарозы с помощью SuSy, которые используются только на процессы поддержания клеточных органелл, так как волокна в стеблях полностью сформированы. Низкая активность фермента на стадии «елочка», по-видимому, обусловлена тем, что в этот период роста лубяные волокна еще не образуются. Эти результаты подтверждаются данными, полученными при термогравиметрическом анализе количественного содержания различных полисахаридов, в том числе целлюлозы, в стеблях льна . Полученные данные позволили обнаружить прямую зависимость величины активности сахарозосинтазы от стадии развития растений льна-долгунца, что свидетельствует об участии этого фермента в качестве молекулярного переключателя в метаболических процессах поддержания, роста и дифференциации, включающие синтез целлюлозы. На основании вышеизложенного можно заключить, что понимание механизма биосинтеза целлюлозы является одним из малоизученных направлений в биологии растений. Простота химической структуры целлюлозы противоречит сложностям, которые связаны с ее биосинтезом и сборкой. В настоящее время все еще недостаточно известно о механизмах и регуляции биохимических стадий синтеза полисахаридов клеточной стенки, а также о взаимодействии компонентов, обеспечивающих клетку функционально активной оболочкой. Поэтому изучение отдельных этапов синтеза целлюлозы позволит расширить представления о биосинтетических процессах при формировании клеточной стенки и даст возможность разработать стратегию для улучшения структуры и качества волокна льна-долгунца. Литература 1. Cosgrove, Daniel J. Cell Walls: Structure, Biogenesis, and Expansion. / In Plant Physiology, 2nd ed. Lincoln Taiz and Eduardo Zeiger, eds P

14 2. Baley, C. Analysis of the flax fibres tensile behaviour and analysis of the tensile stiffness increase / C. Baley // Composites: Part A Vol. 33. P Immunogold labeling of rosette terminal cellulose synthesizing complexes in the vascular plant Vigna angularis / S.Kimura // Plant Cell Vol. 11. P Haigler, C.H., Brown, Jr.R.M. Transport of rosettes from the Golgi apparatus to the plasma membrane in isolated mesophyll cells of Zinnia elegans during differentiation to tracheary elements in suspension culture / C.H. Haigler // Protoplasma Vol P Itoh, T., Brown, Jr.R.M. Development of cellulose synthesizing complexes in Boergesenia and Valonia / T. Itoh // Protoplasma Vol P Brown, R.M.Jr., Saxena, I.M. Cellulose biosynthesis: A model for understanding the assembly of biopolymers / R.M.Jr. Brown // Plant Physiol. Biochem Vol. 38. P Biosynthesis of plant cell wall polysaccharides a complex process / O. Lerouxel // Plant Biology Vol. 9. P Ross, P., Mayer, R., Benziman, M. Cellulose biosynthesis and function in bacteria / P. Ross // Microbiol. Rev Vol. 55. P Higher plants contain homologs of the bacterial CelA genes encoding the catalytic subunit of the cellulose synthase / J. Pear // Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 93. P Saxena, I.M., Brown, R.M.Jr. Cellulоse biosynthesis: current views and evolving concepts / I.M. Saxena // Ann. Bot Vol. 96. P Global expression analysis of CESA and CSL genes in Arabidopsis / T. Hamann // Cellulose Vol. 11. P Delmer, D.P. Cellulose biosynthesis: exciting times for a difficult field of study / D.P. Delmer // Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol Vol. 50. P PROCUSTE1 encodes a cellulose synthase required for normal cell elongation specifically in roots and dark-grown hypocotyls of Arabidopsis / M. Fagard // Plant Cell Vol. 12. P Interactions among three distinct CesA proteins essential for cellulose synthesis / N.G. Taylor // Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol P

15 15. Three distinct rice cellulose synthase catalytic sub-unit genes required for cellulose synthesis in the secondary wall / K. Tanaka // Plant Physiol Vol P Cellulose biosynthesis in plants: from genes to rosettes / M.S. Doblin // Plant Cell Physiol Vol. 43. P Kudlicka, K., Brown, Jr.R.M. Cellulose and callose biosynthesis in higher plants. I. Solubilization and separation of (1 3)- and (1 4)-b-glucan synthase activities from mung bean / K. Kudlicka // Plant Physiol Vol P Enhancement of cellulose production by expression of sucrose synthase in Acetobacter xylinum / T. Nakai // Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vol. 96. P Carbon partitioning to cellulose synthesis / C.H. Haigler // Plant Mol. Biol Vol. 47. P Rees, T. Sucrose metabolism / In: D.H. Lewis (Ed.) Storage Carbohydrates in Vascular Plants: Distribution, Physiology and Metabolism, Cambridge University Press, Cambridge, UK P Sucrose synthase localization during initiation of seed development and trichome differentiation in cotton ovules / K.D. Nolte // Plant Physiol Vol P Метаболическая модель распределения углеводов в клетке и роль сахарозосинтазы, сахарозофосфатсинтазы и инвертазы в синтезе целлюлозы / В.В. Титок [и др.] // Труды БГТУ. Сер. IV. Химия и технология органических веществ Вып. XV. С Thermogravimetric analysis of the flax bast fibre bundle / V.V. Titok // J. Natural Fibers Vol. 3, N 1: P Summary Cellulose Biosynthesis: Modern View and Conceptions V.V. Titok 1, V.N. Leontiev 2, I.V. Fedorenko 3, S.V. Kubrak 1, Z.E. Grushetskaya 1 S.I. Yurenkova 1 1 Institute of Genetics and Cytology NAS of Belarus, Minsk, Belarus 2 Belarusian State Technological University, Minsk, Belarus 3 Belarusian State University, Minsk, Belarus Modern conceptions of cellulose biosynthesis were analysed in plant cell walls. Specific primers for genes (CesF1 and CesA-6), encoding cellulose synthase subunits, were designed. The developed markers were used for identifying the given loci on flax cdna and the comparative analysis of their expression level. The revealed relationship between the saccharose synthase

16 activity value and a developmental stage of fiber Flax plants points to involvement of this enzyme in metabolic processes of maintenance, growth and differentiation including cellulose biosynthesis.

Оригинальные работы УДК 631.547:581.19:633.521 З.Е. ГРУШЕЦКАЯ, В.А. ЛЕМЕШ, Л.В. ХОТЫЛЕВА ГНУ «Институт генетики и цитологии НАН Беларуси», Минск Е-mail: [email protected] СОЗДАНИЕ СПЕЦИФИЧЕСКИХ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" Институт

Доклады Национальной академии наук Беларуси 2010 май июнь Том 54 3 УДК 631.547:581.19:633.521 Д. В. Галиновский 1, В. Н. Леонтьев 2, Т. В. Никитинская 1, А. П. Райский 2, академик Л. В. Хотылева 1, В.

1 Клетка, её жизненный цикл (множественный выбор) Ответами к заданиям являются слово, словосочетание, число или последовательность слов, чисел. Запишите ответ без пробелов, запятых и других дополнительных

Банк заданий. Погружение 1 9 класс 1. Какое из положений клеточной теории ввел в науку Р. Вирхов? 1) все организмы состоят из клеток 2) всякая клетка происходит от другой клетки 3) каждая клетка есть некое

Доклады Национальной академии наук Беларуси 2012 январь февраль Том 56 1 БИОЛОГИЯ УДК 631.547:581.19:633.521 Д. В. ГАЛИНОВСКИЙ 1, Н. В. АНИСИМОВА 1, В. Н. ЛЕОНТЬЕВ 2, В. В. ТИТОК 3, академик Л. В. ХОТЫЛЕВА

Банк заданий. Погружение 1 10 класс 1. Какое из положений клеточной теории ввел в науку Р. Вирхов? 1) все организмы состоят из клеток 2) всякая клетка происходит от другой клетки 3) каждая клетка есть

Задания для внеаудиторной работы студентов специальности медицинская биохимия 1 курс. Резюме - краткое изложение информации по какому-либо изученному материалу. Необходимо изложить пройденную тему в 5-7

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие. ЧАСТЬ I. Введение. Предмет клеточной биологии ГЛАВА 1. Клеточная теория Клетка элементарная единица живого Клетка единая система сопряженных функциональных единиц Гомологичность

Контрольная работа по биологии «Молекулярный уровень» 9 класс 1 вариант 1. Мономер ДНК А) аминокислота; Б) нуклеотид; В) моносахариды; Г) глицерин и жирные кислоты. 2. Где располагается наследственный

Клетка ее строение и функции Подумайте! Как зародилась клетка? Что такое клетка? Клетка-это элементарная биологическая система, способна к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Клетка служит

Строение и химический состав бактериальной клетки Строение и химический состав бактериальной клетки Общая схема строения бактериальной клетки показана на рисунке 2. Внутренняя организация бактериальной

Тема 1. Химический состав клетки Задания части А Выберите один ответ, который является наиболее правильным 1. Назовите органические соединения, которые содержатся в клетке в наибольшем количестве (в %

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНТИКА МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК ЭУКАРИОТ Организм Количество репликонов Средний размер репликона, тыс.п.н. Скорость движения репликативной вилки, п.н./сек. 1 4200 50000 500 40

ТЕМА «Пластический обмен» 1. Готовыми органическими веществами питаются 1) грибы 2) папоротники 3) водоросли 4) мхи 2. Готовыми органическими веществами питаются организмы 1) автотрофы 2) гетеротрофы 3)

Контрольная работа по биологии 9 класс молекулярный уровень >>>

Контрольная работа по биологии 9 класс молекулярный уровень >>> Контрольная работа по биологии 9 класс молекулярный уровень Контрольная работа по биологии 9 класс молекулярный уровень А-обеспечивают транспортную

СТРУКТУРНО- ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ РОСТА РАСТЕНИЙ МЕРИСТЕМЫ Меристемы (от греч. «меристос» делимый), или образовательные ткани, обладают способностью к делению и образованию новых клеток За счет меристем

1. К макроэлементам относятся: БЛОК 2 Клетка как биологическая система. 1) кислород, углерод, водород, азот 2) кислород, железо, золото 3) углерод, водород, бор 4) селен, азот, кислород 1) 2. Органоид,

Лекция 2 Строение растительной клетки 1. Структура компонентов растительной клетки, особенности строения в связи с их биологической функцией. 2. Клеточная стенка. Цитоплазма. Ядро. Пластиды. Рибосомы,

Занятие 3. Тема: БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ. ПОТОК ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ " " 200 г Цель занятия: изучить отличительные признаки про- и эукариотических клеток; изучить анаболическую и катаболическую системы клетки;

КОНСТАНТИНОВ К. Н., НИЖЕГОРОДОВА Т. С., ПЕСТОВ Н. А. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ НА СОДЕРЖАНИЕ АЛЬФА-ФАЗЫ В БАКТЕРИАЛЬНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЕ Аннотация. Проведено исследование влияния условий биосинтеза бактериальной

10класс Биология погружение 3 Тема: Энергетический обмен. 1. Наибольшее количество энергии освобождается при расщеплении молекул 1) белков 2) жиров 3) углеводов 4) нуклеиновых кислот 2. В бескислородной

Глава 11 Методы анализа генов 1. CS Ферменты рестрикции: a) используются в ПЦР; b) узнают одноцепочечную ДНК; c) узнают и разрезают специфические двуцепочечные последовательности ДНК; d) встречаются у

«Химические основы биологических процессов» * Часть I. Текущие вопросы ТЕМА 1. Что такое жизнь с точки зрения химика. 1. Многообразие и систематика 2. Строение клеток 3. Биологические полимеры три основных

Контрольная работа за первое полугодие в 10 классе. Вариант 1. ЧАСТЬ 1 А1. К прокариотам относятся 1) растения 2) животные 3) грибы 4) бактерии и цианобактерии А2.Принцип комплементарности лежит в основе

Костная ткань человека 1-хрящ, 2-губчатая кость, 3-компактная кость, 4-эпифиз, 5-метафиз, 6-диафиз Костная ткань человека представляет собой сложный композиционный материал с организованной на нескольких

Новосибирский государственный педагогический университет Институт естественных и социально-экономических наук Кафедра зоологии и методики обучения биологии ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЦИТОЛОГИЯ И

Моделирование метаболических путей Стехиометрические модели Плюснина Татьяна Юрьевна Доц-т каф.биофизики Биологического ф-та МГУ Построение метаболической модели: реконструкция метаболических путей: построение

Учитель биологии МБОУ «Гатчинская СОШ 9 с углублённым изучением отдельных предметов» Гуськова С.А. 2017 Клеточный уровень организации жизни 1 Тела всех живых организмов состоят из клеток. Тела большинства

Занятие 6. ПРОЦЕСС ТРАНСЛЯЦИИ Цель занятия: ознакомиться с основными процессами трансляции. 1. Общая схема процесса трансляции и характеристика его отдельных элементов 2. Строение трнк, рибосом, ррнк 3.

«ЦИТОЛОГИЯ» Строение и функции рибосом. Л.В. Малютина Институт фундаментальной медицины и биологии Кафедра зоологии и общей биологии Еmail: [email protected] [email protected] ИСТОРИЧЕСКАЯ

КАРТА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЗНАНИЙ БИОЛОГИЯ 9 класс (1 триместр) Проверяемые понятия и темы: Разделы биологии, раскрывающие общие закономерности организации, значение биологических знаний для познания окружающего

ПО БИОЛОГИИ ОСНОВНЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ КРАТКАЯ ТЕОРИЯ ПРОВЕРКА ЗНАНИЙ ОРГАНОИДЫ ЖИВОТНЫХ И РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК НАЗВАНИЕ ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ЯДРО (В ПРОКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКЕ ОТСУТСТВУЕТ) ОКРУЖЕНО

Лекция 1. Биохимия и ее связь с другими науками Строение клеток прокариот и эукариот Биохимия Биохимия (биологическая химия) наука, изучающая входящие в состав организмов органические вещества, их структуру,

Введение в клеточную биологию. Ченцов Ю.С. 4-е изд., перераб. и доп.- М.: ИКЦ "Академкнига", 2004. - 495 с. В книге изложены современные данные о клеточной теории, структуре ядра и хромосом, о функциях

Лекция 7 Хлоропласты строение и функции. Основы фотосинтеза. Митохондрии и хлоропласты как полуавтономные органеллы. Пероксисомы. Растительная клетка с хлоропластами и вакуолью Хлоропласт, вид на срезе

Тема: «Строение клеток эукариот». Выберите один правильный ответ. А1. Митохондрий нет в клетках 1) дрозда 2) стафилококка 3) карася 4) мха А2. В выведении продуктов биосинтеза из клетки участвует 1) комплекс

ВВЕДЕНИЕ В ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ Жизнедеятельность организмов включает: а) обмен веществ и энергии; б) передача генетической информации; в) механизмы регуляции. Нарушение любого звена приводит к патологии.

Химический состав живого Единство химического состава С,Н,О,N 99% состава живых организмов (органогены) Р,S,Na, K,Ca, Cl,Mg обязательны (макроэлементы) Mn, Fe, Co, Cu, Zn обязательны в микродозах (микроэлементы)

Материал для подготовки 10.2кл. Биология П3 Строение эукариотической клетки". Задание 1 Ферменты, расщепляющие жиры, белки, углеводы синтезируются: на лизосомах на рибосомах в комплексе Гольджи 4) в вакуолях

Этапы формирования и развития представлений о клетке Зарождение понятий о клетке 1590г. Братья Янсены (изобретение микроскопа), 1665г. Р. Гук (ввел термин «клетка»), 1680г. А.Левенгук (открыл одноклеточные

10 класс Контрольная работа по биологии 1 вариант А1. Какой уровень организации живого служит основным объектом изучения цитологии? 1) Клеточный 2) Популяционно-видовой 3) Биогеоценотический 4) биосферный

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА 1. ВВЕДЕНИЕ Предмет и задачи молекулярной биологии. История ее развития и основные достижения. 2. СТРОЕНИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Химический состав

ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ У МИКРООРГАНИЗМОВ Метаболизм, или обмен веществ, совокупность процессов распада и синтеза, обеспечивающих поддержание, рост и размножение организма. Обмен веществ имеет две стороны:

Введение в молекулярную биологию (для информатиков) Александр Предеус Институт биоинформатики Урок 1.1 Основные концепции молекулярной биологии молекулы, составляющие клетку биополимеры: ДНК, РНК, протеины

O, H, C, N + S, P - макроэлементы Na, K, Mg, Ca, Cl - микроэлементы Fe, Zn, Cu, Co, Mn, I, Se следовые элементы Представленность макроэлементов в различных группах веществ Макромолекулы Сахара (углеводы)

12 МЕТОДЫ АНАЛИЗА ГЕНОВ Гены являются молекулярным субстратом наследственности. Структура и локализация генов в геноме определяет свойства организма. При функционировании генома и в результате взаимодействия

Прокариотная клетка Особенности организации прокариотной клетки Эукариотная клетка Признак Прокариотная клетка Эукариотная клетка Организация генетического материала Локализация ДНК Цито плазматические

Строение клеток живых организмов Классификация живых организмов (по уровню организации клетки) Живые организмы Неклеточные формы Клеточные формы Вирусы, фаги Прокариоты Эукариоты Сравнительная характеристика

Тест по биологии Химический состав клетки 9 класс 1. Содержание воды в клетке в среднем составляет (в процентах от массы) 1) 1-2 3) 30-40 2) 5-10 4) 70-80 2. Содержание минеральных солей в клетке в среднем

Требования к уровню подготовки учащихся, обучающихся по данной программе (личностные, метапредметные и предметные результаты курсов биологии). В результате изучения биологии в старшей школе классе ученик

Ядро, его строение и функции. Сам термин ядро впервые был применен Броуном в 1833 г. Для обозначения шаровидных постоянных структур в клетках растений. Позднее такую же структуру описали во всех клетках

Рабочая программа по биологии для 10-х классов является составной частью основной общеобразовательной программы среднего общего образования. Составлена с учетом программы «Биология-Сферы», Биология для

H -АТФаза ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ ОСНОВНАЯ ЭЛЕКТРОГЕННАЯ СИСТЕМА ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ В. А. ОПРИТОВ Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского PLASMA MEMBRANE H -ATPase AS THE BASIC ELECTROGENIC

Движение Движение веществ из клетки веществ из в клетку клетки в клетку Мурадимова Рената Казань, КФУ, 2010 г. http://www.bodymindhealing.co.uk/img/cells.jpg Мурадимова Рената, КПФУ, 2010 Регуляция обмена

ПОЛИМЕРЫ Дегтярёва М.О. ЛНИП термин "полимерия" был впервые введён И. Берцелиусом в 1833 первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 (поливинилиденхлорид) и 1839 (полистирол) в 30-х гг.

Белорусский государственный университет Метаболическая инженерия Учебная программа для специальности: 1-31 01 02 Биохимия 1-31 01 03 05 Микробиология 2012 г. СОСТАВИТЕЛЬ: 2 Антонова Мария Викторовна, научный

В книге рассматривается структура и ультраструктура древесины, приводятся методы анализа и сведения о химическом составе древесины различных пород. Излагаются строение и свойства основных компонентов древесины

ОБРАЗЕЦ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 1. Ответами к заданиям 1-10 является один правильно выбранный термин (понятие) 1. Укажите термин, который верно соответствует определению. Запишите букву этого

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Западно-Казахстанский государственный университет им.м.утемисова РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА MONI 1101 Молекулярные основы наследственности и изменчивости

1 Н А Н О Б И О Л О Г И Я 6-я лекции САМОСБОРКА ПРИРОДНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАНОСТРУКТУР И ПРИМЕНЕНИЕ СБОРОК ИЗ БИОМОЛЕКУЛ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ Эта лекция посвящена вопросам разработки новых биологических материалов,

Отложенные задания (30) Вставьте в текст «ДНК» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст цифры выбранных ответов, а затем получившуюся последовательность

Лекция 5. Системы регуляции с участим медиаторов В тканях животных функционируют сложные системы регуляции: -холинэргическая, -серотонинэргическая, -дофаминэргическая, -гистаминэргическая, -система ГАМК.

55. На рисунке подпишите основные структурные компоненты ядра. 56. Заполните таблицу. Строение и функции клеточных структур Структура Особенности строения Функция Ядро 5 7^. Заполните таблицу. Строение

Дисахариды -природные вещества, которые при гидролизе распадаются на два моносахарида Дисахариды образуются из двух молекул моносахаридов за счет отщепления молекулы Н О. 2 В образовании связи между моносахаридами

11 ТЕХНОЛОГИЯ РЕКОМБИНАНТНЫХ ДНК Расшифровывая тайны структуры генов, ученые начали их выделять и синтезировать. 30 лет назад тех, которые верили в успех этих начинаний было мало, и никто даже не предполагал

В растениях в процессе фотосинтеза образуются не только фосфорные эфиры сахаров или простые сахара, но и более сложные формы углеводов - сахароза, крахмал, клетчатка. Распад сложных форм углеводов до простых протекает тоже очень быстро. Это наблюдается, например, при прорастании семян, старении вегетативных органов и др. Образующиеся при распаде простые сахара или их фосфорные эфиры оттекают в репродуктивные органы, где из них вновь синтезируются сложные углеводы. И, наконец, в растениях очень легко идут процессы взаимных превращений углеводов.

Взаимопревращение моносахаридов проходит через фосфорные эфиры сахаров или их уридиндифосфатпроизводные (УДФ-производные). УДФ-производные сахаров представляют собой тот или иной сахар, соединенный через два остатка фосфорной кислоты с уридином, например:

Рис.1. Уридиндифосфатглюкоза

Синтез сахарозы

Сахароза является наиболее важным из образующихся в растениях лигосахаридов, в форме которого связанный углерод и энергия транспортируются по всему растению. Она состоит из α-D-глюкозного остатка в его пиранозной форме, связанного гликозидной связью с β-D-фруктозой в фуранозной форме. Поскольку аномерный углеродный атом обоих моносахаридов участвует в образовании гликозидной связи, их полуацетальные группы заблокированы и ни одно из колец не может открыться. Таким образом, сахароза – это невосстанавливающий сахар (не восстанавливает реактивы Фелинга и Бенедикта), и за исключением ее чрезвычайной чувствительности к кислотному гидролизу, она химически инертна. При нагревании с кислотами, или под действием сахаразы (инвертазы) сахароза гидролизуется, образуя инвертный сахар – смесь глюкозы и фруктозы. Сахароза хорошо растворима в воде и обладает сладким вкусом.

Сахароза используется как продукт питания, а также в производстве поверхностно-активных веществ (эфиры сахарозы с высшими кислотами). Основным источником получения сахарозы является сахарная свекла, содержащая до 23 % сахарозы, и сахарный тростник, стеб-ли которого содержат 10–18 % сахарозы. В настоящее время установлено, что сахароза синтезируется не только в хлоропластах, но и в цитоплазме фотосинтезирую-щих клеток из УДФ-глюкозы и фруктозо-6-фосфата, возникшего из
дигидроксиацетонфосфата. Это вещество образуется при фотосинтезе в хлоропластах и затем поступает в цитоплазму. В нефотосинтезирующих тканях (например, в эндосперме прорастающих бобов клещевины) образование сахарозы из УДФ-глюкозы и фруктозо-6-фосфата также происходит в цитоплазме клеток.

Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) – самый распространенный в природе дисахарид. В растениях он образуется из глюкозы и фруктозы. На первом этапе идет фосфорилирование глюкозы:

Глюкоза + АТФ → глюкоза-6-фосфат + АДФ,

затем глюкозо-6-фосфат изолируется в глюкозо-1-фосфат. Глюкозо-1-фосфат соединяется с УТФ, в результате чего отщепляется пирофосфатная кислота и образуется соединение глюкозы с уридиндифосфорной кислотой (УДФ) - уридиндифосфатглюкоза.

Одновременно идет фосфорилирование фруктозы под действием фермента фруктокиназы с участием АТФ:

фруктоза + АТФ → фруктозо-6-фосфат + АДФ.

После этого происходит взаимодействие УДФ-глюкозы с фруктозо-6-фосфатом с участием фермента сахарозофосфат-УДФ-глюкозилтрансферазы. Наконец, образовавшийся сахарозо-6-фосфат под действием фермента фосфатазы гидролизуется с образованием свободной сахарозы. Таким образом, для биосинтеза одной молекулы сахарозы необходимы 3 макроэргические фосфатные связи, эта реакция необратима. В нефотосинтезирующих тканях некоторых растений, например, в корнеплодах сахарной свеклы, клубнях картофеля и других сахароза может образоваться из свободной фруктозы:

УДФ-глюкоза + фруктоза ↔ сахароза + УДФ.

Реакция катализируется ферментом сахарозо-УДФ-глюкозилтрансферазой и в зависимости от условий может быть направлена как в сторону синтеза, так и в сторону расщепления сахарозы.

Синтез крахмала

Крахмал – запасной полисахарид растений, причем он может храниться в растении долго, или расходоваться достаточно быстро. На длительное время он запасается во многих семенах, клубнях и корневищах и используется только тогда, когда эти органы прорастают. На короткое время крахмал образуется в хлоропластах в период быстрого фотосинтеза, а в последующий темновой период он расходуется и оттекает из листьев в форме сахарозы. Крахмал всегда образуется и запасается в виде крахмальных зерен, находящихся в пластидах – хлоропластах либо амилопластах. Крахмальные зерна – это высокоорганизованные структуры, форма и размер которых очень разнообразны, но часто характерны для данного вида растения. Форма зерен может быть сферической, яйцевидной, чечевицеобразной или неправильной; размер может колебаться 1 до 100 мкм. Наиболее крупные крахмальные зерна у картофеля, а самые мелкие у риса и гречихи. Крахмальные зерна содержат до 20 % воды (из которых 10 % химически связано с крахмалом) и ряда концентрических слоев крахмала. Крахмальные зерна образуются путем наслаивания вновь образованных слоев на ранее существующие.

Содержание минеральных веществ в крахмале очень невелико – 0,2–0,7 %, они представлены в основном фосфорной кислотой. В крахмале найдены некоторые высокомолекулярные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая и др.), содержание которых достигает 0,6 %. Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов – амилозы и амилопектина. Молекулы амилозы – это длинные неразветвленные цепи, содержащие от 100 до нескольких тысяч глюкопиранозных остатков, соединенных гликозидными связями. Изучение дифракции рентгеновских лучей показало, что молекулы амилозы имеют спиралевидную структуру диаметром 1,3 нм с шестью последовательными глюкозными остатками на один оборот спирали.

Молекулы амилозы растворимы в горячей воде, но образующийся раствор нестоек и затем происходит спонтанное осаждение амилозы, известное как ретроградация. Это происходит вследствие тенденции длинных и тонких амилозных молекул выстраиваться в линию рядом друг с другом и образовывать нерастворимые агрегаты с помощью водородных связей. Донором глюкозных остатков при биосинтезе амилозы может служить уридиндифосфатглюкоза-(УДФК). Для ее образования в реакционной среде необходимо наличие затравки, в качестве которой могут служить полисахариды, построенные всего лишь из 3-4 остатков глюкозы, соединенных α(1-4)-связями.

Остатки глюкозы переносятся на акцептор (затравку), где и происходит удлинение цепи. Реакция идет по схеме:

УДФГ + акцептор (Г)к -- УДФ + акцептор (Г)к + 1,

где Г - остатки глюкозы.

Фермент, катализирующий эту реакцию, называется УДФГ-крахмалглюкозилтрансферазой.

У большинства растений активным донором глюкозы является не УДФ-глюкоза, а аденозиндифосфатглкжозα(АДФГ). Реакция присоединения глюкозных остатков от АДФГ к низкомолекулярному акцептору идет аналогичным путем и катализируется ферментом АДФГ-крахмал-глюкозилтрансферазой. Синтез разветвленной молекулы амилопектина, имеющей α (1-6)-связи, происходит при помощи фермента α-глюкантрансферазы (Q-фермент). В синтезе крахмала участвуют и Д-фермент или глюкозилтрансфераза, образующий α(1-4)-связи и участвующий в образовании затравки.

Распад крахмала происходит при участии двух процессов - гидролиза и фосфоролиза.Гидролитический распад крахмала осуществляется под действием четырех ферментов класса гидролиз α-амилаза, катализирует расщепление α(1-4)-связи, причем связи разрываются беспорядочно. Конечный продукт такого распада - мальтоза, глюкоза, декстрины. Под действием β-амилазы происходит расщепление α (1-4)-связей с образованием остатков мальтозы. Фермент глюкоамилазы катализирует последовательное отщепление остатков глюкозы от молекулы крахмала. Амилопектин-1,6-глюкозидаза или R-фермент катализирует расщепление α(1-6)-связей в молекуле амилопектина, т. е. действует на точки ветвления.

Фосфоролиз - это присоединение фосфорной кислоты по месту разрыва глюкозидной связи между остатками моносахаридов в цепи полисахарида, при этом происходит образование глюкозо-1-фосфата. Эта реакция катализируется ферментомаглюконфосфорилазой, относящимся к классу трансфераз. Крахмал в растении может подвергаться очень быстрому распаду, так как ферменты распада находятся во всех органах растения.

Синтез целлюлозы

Целлюлоза не растворима в воде, она лишь набухает в ней. При кислотном гидролизе (кипячение в серной кислоте) превращается в глюкозу, при более слабом – в целлобиозу. С помощью рентгеноструктурного анализа установлено, что молекула целлюлозы имеет нитевидную форму. Эти нитевидные молекулы, благодаря водородным связям, соединяются пучками по 40–60 штук в мицеллу. В клеточных стенках растений мицеллы целлюлозы связаны во-дородными связями с различными гетерополисахаридами. Например, у белого клена ими являются соединенные между собой гликозидными связями ксилоглюкан, арабиногалактан, рамногалактурон. Кроме того, имеются данные о том, что в построении клеточной стенки растений принимает участие особый, богатый оксипролином гликопротеид экстензин.

Целлюлоза построена из остатков β-глюкозы. В биосинтезе целлюлозы принимает участие не свободная глюкоза, а ее ГДФ-производное - гуанозиндифосфатглюкоза при участии фермента целлюлозосинтетазы по схеме:

ГДФ - глюкоза + (глюкоза) к→ ГДФ + (глюкоза) к + 1

Распад целлюлозы идет преимущественно гидролитическим путем под действием фермента целлюлазы до дисахарида целлобиозы.

Транспорт углеводов осуществляется в виде сахарозы. В процессе фотосинтеза образуется много углеводов, и в этой связи большое значение имеет отток ассимилятов в другие части клетки из хлоропластов. Проникновение через мембрану хлоропластов фосфорилированных гексоз и сахарозы затруднено, наиболее легко через мембраны хлоропластов проникают триозофосфаты (ФГА и ФДА). Предполагается, что образующиеся сложные углеводы распадаются на триозофосфаты и в таком виде передвигаются в цитоплазму, где могут служить материалом для ресинтеза гексоз, сахарозы, крахмала.

Межклеточный паренхимный транспорт осуществляется двумя путями - по плазмодесмам (симпласту) или по свободному пространству (аппопласту). Сахароза, образовавшаяся в клетках мезофилла листа, десорбируется в аппопласт. Выходя из паренхимных клеток в аппопласт, сахароза расщепляется инвертазой на гексозы. Гексозы передвигаются по аппопласту к передаточным клеткам проводящих пучков по градиенту концентраций. При соприкосновении с передаточными клетками флоэмы они снова превращаются в сахарозу. Далее происходит загрузка ситовидных трубок, сахароза поступает против градиента концентраций, и требуется расход энергии (АТФ).

Предполагается, что сахароза преодолевает мембрану с помощью переносчика в комплексе с протоном. При этом благодаря работе Н + -АТФ-азы ионы Н + выкачиваются из клеток флоэмы, а затем поступают обратно по градиенту рН, увлекая за собой сахарозу против градиента ее концентрации. Основной транспортной формой углеводов по флоэме служит сахароза (С 12 Н 22 О 11). У некоторых видов наряду с сахарозой транспортной формой углеводов служат олигосахара (рафиноза, стахиоза), а также некоторые спирты.

Возможно, будет полезно почитать:

Биосинтез клеточной стенки. Биосинтез целлюлозы Синтез крахмала и целлюлозы

Рекомендованный список диссертаций

Биогенез флоэмных волокон конопли (Cannabis sativa L.) и льна (Linum usitatissimum L.): сравнительный анализ 2007 год, кандидат биологических наук Чернова, Татьяна Евгеньевна

Метаболизм тканеспецифического галактана и развитие флоэмных волокон льна 2004 год, кандидат биологических наук Павленчева, Наталия Владимировна

Интрузивный рост флоэмных волокон льна-долгунца (Linum usitatissimum L.) 2008 год, кандидат биологических наук Снегирёва, Анастасия Вячеславовна

Похожие диссертационные работы по специальности «Физиология и биохимия растений», 03.00.12 шифр ВАК

Клеточные взрывы у растений в условиях дефицита кальция 1998 год, кандидат биологических наук Скобелева, Ольга Викторовна

Сравнительное изучение процесса лигнификации древесины сосны обыкновенной in vivo и in vitro 2011 год, кандидат биологических наук Железниченко, Татьяна Витальевна

Морфо-физиологические аспекты взаимодействий микроорганизмов в микробных сообществах 2003 год, доктор биологических наук Рыбальченко, Оксана Владимировна

Заключение диссертации по теме «Физиология и биохимия растений», Сальников, Вадим Владимирович

Список литературы диссертационного исследования доктор биологических наук Сальников, Вадим Владимирович, 2005 год

Библиографическая ссылка

Транскрипт