Нуклеиновый и белковый обмен растений (часть 2)
Мы определяли также содержание нуклеиновых кислот в различных зонах корневой системы гороха. Как известно, корневая система выполняет три главных функции: поглощение воды и солей, синтез органических соединений и передвижение веществ. По данным А.Л. Курсанова (1952), в активных зонах корневой системы интенсивно протекают процессы гликолиза: в них локализуется весьма активная циклофоразная система ферментов и под влиянием последних сахара превращаются в пируват и кислоты ди- и трикарбонового цикла. По данным А, А. Тимофеевой (1963), максимальное количество аминокислот локализуется главным образом в меристематической зоне корней.
Л. Вудсток, Ф. Скуг (Wodstok, Sgoog, 1962) изучали зависимость между содержанием РНК в кончике корня и интенсивностью роста корня проростков кукурузы. Учитывалась скорость роста в длину, количество клеток, вес сырого и сухого вещества, содержание РНК и ДНК в одномиллиметровых сегментах корня, считая по длине корня от его кончика. Количество РНК в клетке возрастало с первого по пятый сегмент. Большему содержанию РНК в клетке соответствовала и большая скорость роста корня в длину. Однако прямой пропорциональности между скоростью роста сегмента и содержанием в нем РНК не наблюдалось. Авторы считают, что синтез РНК предшествует растяжению клеток и при определенных обстоятельствах может быть лимитирующим звеном в последующем процессе растяжения.
Согласно теории «переносчиков», в клетках корня содержатся вещества, которые могут соединяться с катионами (K+) или анионами (А-). Поступающие из наружной среды ионы связываются соответствующими переносчиками, что облегчает прохождение ионов через полупроницаемую зону плазмы:
К+ + НR → KR + H+,
А- + ROH → RA + ОН-,
где HR и ROH — «переносчики» катионов и анионов. В роли переносчиков или акцепторов выступают аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты, высокоэнергетические фосфорные соединения. В сложной молекуле белка имеется много центров, где может произойти связывание А- или К+. Белок, присоединив ионы, переносит их вместе с током протоплазмы и десорбирует в определенных местах внутри клетки. Некоторые исследователи считают, что носителями ионов могут быть богатые энергией фосфорилированные азотистые комплексы. Передвижение комплекса ион — «переносчик» через протоплазму сопровождается затратой энергии. Теория «переносчиков» в некоторой степени объясняет движение ионов против градиента концентрации. Однако до сих пор не совсем еще ясны природа акцепторов и механизм их передвижения.
Когда молекула белка образует комплекс с РНК, связанные ионы частично или полностью освобождаются. Освобождение ионов, возможно, происходит на участках цитоплазмы, богатых РНК. Исходя из этих положений, мы поставили опыты по изучению содержания нуклеиновых кислот в различных зонах корней гороха. Горох выращивали в водных культурах на питательной смеси Кнопа при наличии и отсутствии марганца. Корневую систему трехнедельных растений отделяли, промывали тщательно дистиллированной водой, высушивали между листьями фильтровальной бумаги и делили на четыре зоны.
Первая зона (0—2 см) является меристематической, клетки ее непрерывно делятся и дают начало всем тканям. Вторая зона (2—4 см) — растяжения; в ней происходят рост клеток до нормального размера, дальнейшая дифференциация тканей, образуются ситовидные трубки, закладываются элементы ксилемы. Далее следует зона корневых волосков (4—8 см); клетки ее, как и четвертой зоны (8—20 см), имеют нормальные размеры. Характерным признаком каждой зоны является количество клеток в определенном объеме: самое большое в первой и наименьшее — во второй. В наших опытах наиболее обогащенной РНК и ДНК была меристематическая зона корней (табл. 66). В зонах 2—4, 4—8, 8—20 см содержание РНК характеризовалось близкими величинами. Количество ДНК в этих зонах также мало изменяется. Марганец способствует снижению содержания РНК в зонах 0—2 и 2—4 см, по-видимому, благодаря более усиленной его утилизации.
Учитывая специфическую роль РНК и ДНК в органоидах клеток и используя метод дифференциального центрифугирования у ряда растений, выросших при недостатке и наличии марганца, мы определяли содержание РНК и ДНК в отдельных органоидах клетки. Изучение нуклеиновых кислот в клеточных структурах представляет интерес для выяснения генезиса и роли их в клетке.
По литературным данным, ядра растительных клеток отличаются от ядер животных клеток более низким содержанием ДНК и более высоким белка. Состав клеточных ядер растений включает оба типа нуклеиновых кислот и белки щелочного и кислого характера.
В клеточных ядрах растений обнаружен ряд ферментов (Сисакян, Васильева, Спиридонова, 1957; Stern, Mirsky, 1952). Паркер (Parker, 1952) не нашел ДНК в хлоропластах табака; Штраус (1954) не смог обнаружить ДНК в хлоропластах моркови. Однако при получении более чистых фракций хлоропластсв и при применении для экстракции более повышенных концентраций хлорной кислоты (2NHC104) в хлоропластах обнаруживается довольно большое количество ДНК. Большинство исследователей считает, что ДНК является компонентом хлоропластов. Наличие РНК в митохондриях растений показали Н.М. Сисакян, М.С. Одинцова, Н.А. Черкашина (1960). Tco и Сато (Tso a. Sato, 1959) указывают, что по содержанию нуклеиновых кислот микросомы растений близки к таковым животного происхождения. Отношение РНК/белок в микросомах характеризуется очень высокими величинами. Изучая распределение нуклеиновых кислот в клеточных фракциях молодых этиолированных проростков гороха, авторы показали, что около 50—65% клеточной РНК связано с микросомами.
