O-glikosilasi penting untuk pertumbuhan rambut akar • Vera Bashmakova • Berita sains mengenai "Unsur" • Biologi molekul

O-glikosilasi penting untuk pertumbuhan rambut akar

Rajah. 1. Prolyl hydroxylase (Prolyl hydroxylase) menukarkan proline (proline) dalam rantaian protein ke hidroksiproline (hydroxyproline). Imej dari www.ncbi.nlm.nih.gov

Seperti yang anda ketahui, sel tumbuhan dikelilingi oleh dinding sel padat. Oleh kerana sel-sel sentiasa berkembang (dalam sesetengah kes, ia adalah 200 kali lebih lama daripada saiz asalnya), dinding sel mesti sentiasa "siap" untuk mengekalkan ketebalannya tidak berubah. Apakah keupayaan ini? Kumpulan antarabangsa yang besar (penyelidik dari Argentina, Brazil, Denmark, Amerika dan Australia) mendapati bahawa salah satu jenis glikosilasi yang jarang berlaku memainkan peranan penting di sini.

Glikosilasi adalah tambahan enzimatik rantai karbohidrat kepada molekul organik (biasanya protein atau lipid). Sesetengah protein boleh berfungsi dengan betul hanya selepas glikosilasi, kerana rantai karbohidrat yang dilampirkan menukar sifatnya, membantu mereka untuk mengamalkan pengesahan yang betul, dan sebagainya. Glikosilasi boleh terdiri daripada beberapa jenis, bergantung kepada atom tertentu (nitrogen, oksigen, karbon, fosforus) yang asid amino rantai karbohidrat bergabung. Protein glikosilat dipanggil glikoprotein.Ia adalah glikoprotein yang merupakan protein utama dinding sel. Dan banyak protein ini mengandungi hydroxyproline.

Hydroxyproline adalah asid amino bukan standard, yang diperolehi oleh hidroksilasi (jahitan -OH-kumpulan, lihat hidroksilasi) proline pada rantai protein yang disintesis dengan enzim-enzim khas. Hydroxyproline agak jarang; Sebagai contoh, dalam mamalia, ia hanya terdapat dalam beberapa protein. Terdapat subtip glikosilasi khas di mana rantai karbohidrat dipasang pada oksigen dalam kumpulan hydroxyproline hidroksil. Telah diketahui bahawa jenis glikosilasi ini terdapat pada sel tumbuhan, dan diasumsikan bahawa ia sangat penting untuk berfungsi dengan baik dinding sel, tetapi peranan yang dimainkannya tidak diketahui dengan jelas.

Untuk menentukan peranan ini, para penyelidik menjalankan satu siri eksperimen pada rambut akar (lihat rambut Akar) dari organisma model tumbuhan utama, Tal Rezuhovidka. Rambut akar adalah sel tunggal yang tumbuh dari permukaan akar di kawasan khas berhampiran hujungnya.Mereka terlibat dalam penyerapan nutrien dari tanah dan oleh itu sangat penting untuk kehidupan tumbuhan. Dan kerana mereka berkembang dengan pesat dan mudah dilihat, diukur dan dikira menggunakan mikroskop cahaya, sangat mudah bagi mereka untuk menyiasat pengaruh faktor-faktor tertentu pada pertumbuhan dan perkembangan sel-sel tumbuhan.

Pertama sekali, para saintis cuba memahami mana yang prolyl-4-hydroxylases (P4H) – enzim yang proline hidroksilat untuk hydroxyproline – penting untuk pertumbuhan rambut akar normal. Terdapat seluruh keluarga enzim ini, tetapi hanya tiga daripada mereka – P4H2, P4H5 dan P4H13 – dinyatakan dalam zon rambut akar. Ketiga enzim ini dilokalkan dalam retikulum endoplasma, dalam sejenis "kilang" untuk penghasilan protein. Daripada ini, mereka melakukan tugas mereka – menjahit kumpulan hidroksil ke proline – betul-betul di sana, dan protein yang diproses pada masa ini, kemungkinan besar, baru saja meninggalkan ribosom.

Rajah. 2 Prolyl-4-hydroxylase P4H2, P4H5 dan P4H13 disetempatan di zon rambut akar. Tapak-tapak di mana enzim-enzim ini dijumpai dicat hijau, kawasan di mana tiada tanda asterisk. T – trichoblasts, sel rambut akar, AT – atricoblast, sel-sel bukan rambut.Ia dapat dilihat bahawa P4H5 didapati kebanyakannya di pangkal rambut, dan P4H13 tidak hanya terdapat pada sel-sel rambut, tetapi juga dalam sel-sel bukan rambut. Imej dari artikel dalam perbincanganSains

Untuk menentukan sama ada enzim ini penting, penyelidik menggunakan tiga barisan tumbuhan, masing-masing yang mempunyai salah satu daripada enzim dimatikan, dan kemudian mereka melihat bagaimana kekurangan enzim mempengaruhi rambut akar.

Ternyata, seperti yang dicadangkan oleh para penyelidik, rambut akar dalam tumbuh-tumbuhan dengan enzim "dimatikan" adalah lebih pendek daripada yang terkawal (dan ketika P4H2 dimatikan, rambutnya menjadi lebih kecil). Kesan-kesan ini hilang jika bilangan enzim biasa yang dipelajari dipulihkan dalam sel-sel. Jika kita meningkatkan ekspresi mereka, rambut akar menjadi lebih lama dan tumbuh dengan ketumpatan yang lebih besar. Kesimpulan logik berikut dari ini: hidroksilasi proline (dan "jahitan" berikutnya dari rantai karbohidrat kepada hidroksiprolin) adalah syarat yang diperlukan untuk pertumbuhan rambut akar yang tepat.

Rajah. 3 Dalam tumbuhan dengan P4H13 dimatikan, rambut akar lebih pendek daripada yang terkawal (WT col-0). Imej dari artikel dalam perbincanganSains

Untuk mengkaji secara terperinci dengan tepat mana substrat terutama "cinta" enzim yang sedang dikaji, penyelidik menjalankan satu lagi siri eksperimen, di mana mereka mencadangkan beberapa jenis protein yang berlainan kepada enzim-enzim ini. Ternyata bahawa lebih mudah bagi enzim kita untuk hidroksilat keseluruhan rantaian garis besar berturut-turut, bukannya satu sisa proline yang terpisah dari satu sama lain. Dan rantaian poliproline adalah ciri extensin yang sangat penting untuk dinding sel (lihat Extensins), dan ini menunjukkan bahawa protein ini adalah substrat utama untuk enzim yang dikaji.

Extensins dinamakan begitu kerana mereka sepatutnya membentuk rangkaian yang luas (iaitu, luas, merangkumi) dalam dinding sel. Komposisi protein ini termasuk rantai hydroxyprolines berulang, dan hidroksirrolin ini, sebagai peraturan, digenapkan dengan rantai arabinose pendek (kira-kira lima residu).

Para penyelidik memutuskan untuk mengetahui enzim glikosilase yang mana ia dipanggil glycosyltransferases berurusan dengan glycosylation extensins selepas P4H2, 5 dan 13 digunakan dengannya.Dari semua calon yang mungkin, saintis berjaya memilih dua, yang dipanggil RRA3 dan XEG113 dan yang diekspresikan bersama dengan P4H2 dan 5. Enzim-enzim ini kebanyakannya disetempatan di kompleks Golgi, yang terlibat dalam pembiakan protein yang disintesis dalam retikulum endoplasma, ke destinasi mereka. "Menanggalkan" enzim-enzim ini di tumbuh-tumbuhan menyebabkan kesan yang sama seperti "mematikan" P4H2, 5, dan 13 – iaitu panjang rambut yang lebih pendek, dan tambahan pula, bilangan ekstensin yang berkurang di dinding sel. Di samping itu, jika tidak ada enzim ini, extensin mempunyai kecacatan biasa – rantai arabinose terlalu pendek, dan tanpa RRA3, rantai ini terdiri daripada maksimum dua residu arabinosa, dan tanpa XEG113, ia terdiri daripada hanya satu. Dari sini, para penyelidik membuat kesimpulan bahawa XEG113 menjahit residu arabinose kedua ke rantai karbohidrat, dan RRA3 – yang ketiga. Ternyata, rantai arabinose yang dipendekkan mengganggu kestabilan konformasi extensin, akibatnya "komunikasi" dengan protein lain terganggu dan pembentukan rangkaian extensine sepenuhnya menjadi mustahil.

Oleh itu, kita boleh menerangkan "penghantar" berikut untuk pengeluaran extensin dalam sel rambut akar.Pertama, protein disintesis dalam retikulum endoplasma kasar. Sebaik sahaja dia turun ribosom, prolig hidroksilases P4H2, 5 dan 13 menjemputnya dan menukar sisa proline yang terkandung di dalamnya kepada sisa hidroksiprolin. Selepas itu, protein memasuki kompleks Golgi (di sana, terdapat beberapa aktiviti P4H2 dan 5), di mana RRA3 dan XEG113 glycosyltransferases (dan, mungkin tidak, sahaja) dilampirkan kepada rantai arabinose kepada hydroxpressoin. Akhirnya, extensin sepenuhnya matang dihantar ke dinding sel, di mana ia membentuk rangkaian yang luas dan lengkap dengan jenisnya sendiri.

Sebagai tambahan kepada fakta bahawa data yang diperoleh adalah penting untuk memahami aktiviti penting tumbuhan pada umumnya, mereka juga mempunyai kepentingan praktikal tertentu. Rambut akar sangat penting untuk berfungsi dengan normal tumbuhan, dan keupayaan untuk menukar panjang dan ketumpatan mereka boleh melakukan pekerjaan yang baik untuk saintis.

Sumber: Silvia M. Velasquez, Martiniano M. Ricardi, Javier Gloazzo Dorosz, Paula V. Fernandez, Alejandro D. Nadra, Laercio Pol-Fachin, Jack Egelund, Sascha Gille, Jesper Harholt, Marina Ciancia, Hugo Verli, Markus Pauly, Antony Bacic, Carl Erik Olsen, Peter Ulvskov, Bent Larsen Petersen, Chris Somerville, Norberto D. Iusem, Jose M. Estevez. Protein Dinding Sel O-Glikosilasi Adalah penting dalam Pertumbuhan Rambut Root // Sains. 2011. V. 332. P. 1401-1403.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: