Биофизические процессы в клетках обеспечивают реализацию механизмов нервной регуляции, регуляцию физико-химических показателей внутренней среды (осмотическое давление, рН), создание электрических зарядов клеток, возникновение и распространение возбуждения, выделение секретов (гормонов, ферментов и других биологически активных веществ), реализацию действия фармакологических препаратов. Данные процессы возможны благодаря функционированию транспортной системы . С переносом веществ через мембраны также связаны процессы метаболизма клетки, в том числе биоэнергетические и многие другие. Фармакологическое действие практически любого лекарственного препарата также обусловлено его проникновением через клеточные мембраны, а эффективность в значительной степени зависит от ее проницаемости.
Механизмы транспорта веществ. Перенос различных веществ как в клетку, так и из нее, может быть пассивным (диффузия, осмос, фильтрация) или активным с помощью белков-“переносчиков” (смотри ).
Рисунок 1.4.5. Транспорт веществ в клетку
При пассивном переносе вода, ионы, некоторые низкомолекулярные соединения из-за разности концентраций свободно перемещаются и выравнивают концентрацию вещества внутри и вне клетки.
В пассивном переносе основную роль играют такие физические процессы, как диффузия , осмос и фильтрация . Поясним суть этих процессов применительно к клетке.
Как уже отмечалось ранее, при любых условиях молекулы всегда находятся в движении. Источником энергии для этого движения служит тепло. Все предметы на Земле в сущности нагреты, и только при абсолютном нуле (-273 °C) движение молекул может прекратиться, а вместе с этим может остановиться и диффузия - самопроизвольное перемещение молекул и ионов из области более высокой в область более низкой концентрации. В живом организме диффузия молекул происходит, как правило, в водном растворе. Мембрана клетки является проницаемой для одних веществ и непроницаемой для других. Если клеточная мембрана проницаема для молекул растворенного вещества, она не препятствует диффузии ( , вид А).
Рисунок 1.4.7. Основные механизмы трансмембранной передачи сигнальной информации:
I - прохождение растворимой в жирах сигнальной молекулы через клеточную мембрану; II - связывание сигнальной молекулы с рецептором и активация его внутриклеточного фрагмента; III - регулирование активности ионного канала; IV - передача сигнальной информации с помощью вторичных передатчиков.
1 - лекарство; 2 - внутриклеточный рецептор; 3 - клеточный (трансмембранный) рецептор; 4 - внутриклеточное превращение (биохимическая реакция); 5 - ионный канал; 6 - поток ионов; 7 - вторичный посредник; 8 - фермент или ионный канал; 9 - вторичный посредник.
Первый механизм (участок I на ) - растворимая в липидах сигнальная молекула проходит через клеточную мембрану и активирует внутриклеточный рецептор (например, фермент). Так действует оксид азота, ряд жирорастворимых гормонов (глюкокортикоиды , минералокортикоиды , половые гормоны и тиреоидные гормоны ) и витамин D. Они стимулируют транскрипцию генов в ядре клетки и, таким образом, синтез новых белков. Механизм действия гормонов заключается в стимуляции синтеза новых белков в ядре клетки, которые длительно сохраняются в клетке в активном состоянии.
Второй механизм передачи сигнала через клеточную мембрану (участок II на ) - это связывание с клеточными рецепторами, имеющими внеклеточный и внутриклеточный фрагменты (то есть трансмембранными рецепторами). Такие рецепторы являются посредниками на первом этапе действия инсулина и ряда других гормонов. Внеклеточная и внутриклеточная части подобных рецепторов связаны полипептидным мостиком, проходящим через клеточную мембрану. Внутриклеточный фрагмент обладает ферментативной активностью, которая повышается при связывании сигнальной молекулы с рецептором. Соответственно возрастает скорость внутриклеточных реакций, в которых участвует этот фрагмент.
Третий механизм передачи информации - действие на рецепторы, регулирующие открытие или закрытие ионных каналов (участок III на ). К естественным сигнальным молекулам, взаимодействующим с такими рецепторами, относятся, в частности, ацетилхолин , гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) , глицин , аспартат , глутамат и другие, являющиеся медиаторами различных физиологических процессов. При их взаимодействии с рецептором происходит увеличение трансмембранной проводимости для отдельных ионов, что вызывает изменение электрического потенциала клеточной мембраны. Например, ацетилхолин, взаимодействуя с н-холинорецепторами, увеличивает вход в клетку ионов натрия и вызывает деполяризацию и мышечное сокращение. Взаимодействие гамма-аминомасляной кислоты со своим рецептором приводит к повышению поступления ионов хлора в клетки, усилению поляризации и развитию торможения (угнетения) центральной нервной системы. Этот механизм передачи сигналов отличает быстрота развития эффекта (миллисекунды).
Четвертый механизм трансмембранной передачи химического сигнала реализуется через рецепторы, активизирующие внутриклеточный вторичный передатчик (участок IV на ). При взаимодействии с такими рецепторами процесс протекает в четыре этапа. Сигнальная молекула распознается рецептором на поверхности клеточной мембраны, в результате их взаимодействия рецептор активизирует G-белок на внутренней поверхности мембраны. Активизированный G-белок изменяет активность либо фермента, либо ионного канала. Это приводит к изменению внутриклеточной концентрации вторичного посредника, через который уже непосредственно реализуются эффекты (изменяются процессы обмена веществ и энергии). Такой механизм передачи сигнальной информации позволяет усилить передаваемый сигнал. Так если взаимодействие сигнальной молекулы (например, норадреналина) с рецептором длится несколько миллисекунд, то активность вторичного передатчика, которому рецептор передает по эстафете сигнал, сохраняется в течение десятков секунд.
Вторичные посредники - это вещества, которые образуются внутри клетки и являются важными компонентами многочисленных внутриклеточных биохимических реакций. От их концентрации во многом зависит интенсивность и результаты жизнедеятельности клетки и функционирование всей ткани. Наиболее известными вторичными посредниками являются циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), ионы кальция, калия, диацилглицерол и инозитолтрифосфат.
Какие воздействия могут реализовываться с участием вторичных посредников?
цАМФ участвует в мобилизации энергетических запасов (распад углеводов в печени или триглицеридов в жировых клетках), в задержке воды почками, в нормализации кальциевого обмена, в увеличении силы и частоты сердечных сокращений, в образовании стероидных гормонов, в расслаблении гладких мышц и так далее.
Диацилглицерол, инозитолтрифосфат и ионы кальция участвуют в реакциях, которые возникают в клетках при возбуждении некоторых типов адрено- и холинорецепторов.
цГМФ участвует в расслаблении гладких мышц сосудов, стимулируя образование оксида азота в эндотелии сосудов под влиянием ацетилхолина и гистамина.
Таким образом, как транспортные системы, так и механизмы передачи сигнала участвуют в реализации и выполнении двух основных функций (задач) клетки: поддержание стабильности “системы жизнеобеспечения” и выполнение специальных функций.
Поглощение питательных веществ клеткой может быть пассивным и активным. Пассивное поглощение - это поглощение, не требующее затраты энергии. Оно связано с процессом диффузии и идет по градиенту концентрации данного вещества. Как уже рассматривалось выше(см. с. 46), с термодинамической точки зрения направление диффузии определяется химическим потенциалом вещества. Чем выше концентрация вещества, тем выше его химический потенциал. Передвижение идет в сторону меньшего химического потенциала. Необходимо отметить, что направление движения ионов определяется не только химическим, но также электрическим потенциалом. Ионы, обладающие разноименным зарядом, могут диффундировать через мембрану с разной скоростью. Благодаря этому создается разность потенциалов, которая, в свою очередь, может служить движущей "силой поступления противоположно заряженного иона. Электрический потенциал может также возникать в результате неравномерного распределения зарядов в самой мембране. Таким образом, пассивное передвижение ионов может идти по градиенту химического и электрического потенциала.
Наряду с пассивным имеет место активный транспорт ионов в клетку, т. е. с затратой энергии, выделяющейся в процессе метаболизма. Имеется ряд доказательств существования активного транспорта ионов. В частности, это опыты по влиянию внешних условий. Так, оказалось, что поступление ионов зависит от температуры. В определенных пределах с повышением температуры скорость поглощения веществ клеткой возрастает. В отсутствии кислорода, в атмосфере азота, поступление ионов резко тормозится и может даже наблюдаться выход солей из клеток корня наружу. Под влиянием дыхательных ядов, таких, как КСN, СО, поступление ионов также затормаживается. С другой стороны, увеличение содержания АТФ усиливает процесс поглощения. Все это указывает на то, что между поглощением солей и дыханием существует тесная связь.
Первичная клеточная оболочка - сложная структура. Пектиновые вещества, целлюлоза, гемицеллюлоза и другие соединения, входящие в состав клеточных оболочек, содержат карбоксильные группы, которые при диссоциации заряжают ее отрицательно. В составе оболочки имеются также белки, которые могут в зависимости от рН сообщать поверхности клеток отрицательный или положительный заряд. В результате этого клеточная оболочка может выступать как ионообменник, обратимо связывая катионы и анионы. На поверхности клеточной оболочки оказываются адсорбированными ионы Н + и НС0 3 - , которые в эквивалентных количествах меняются на ионы, находящиеся в свободном пространстве. Благодаря тому, что оболочка имеет значительное количество (межфибриллярных) промежутков, не занятых матриксом, у нее имеется большая внутренняя поверхность, которая и участвует в адсорбции ионов из свободного пространства. Ионы могут, таким образом, накапливаться в клеточной оболочке, и она служит как бы их резервуаром.
Для того чтобы поступить в цитоплазму и включиться в метаболизм клетки, ионы должны пройти через мембрану - плазмалемму. Существует несколько гипотез, объясняющих проникновение ионов через мембрану. Наиболее распространенное мнение, что ионы проникают через мембрану с помощью переносчиков.
Транспорт с участием переносчиков может идти по направлению химического или электрического градиента. В этом случае поступление ионов не требует затрат энергии - это пассивный процесс. Однако он идет с большей скоростью, чем обычная диффузия (облегченная диффузия). Процесс избирательного концентрирования ионов в клетке, идущий против электрохимического градиента, требует затраты энергии. Именно этот активный перенос имеет решающее значение для жизнедеятельности клетки. Энергия, используемая для активного поступления ионов, поставляется процессом дыхания и в основном аккумулирована в АТФ. Как известно, для использования энергии, заключенной в АТФ, это соединение должно быть гидролизовано по уравнению АТФ + НОН → АДФ + Ф н. Процесс этот катализируется ферментом аденозинтрифосфатазой (АТФ-аза). АТФ-аза обнаружена в мембранах различных клеток. Для животных клеток показано, что в мембранах локализована транспортная АТФ-аза. Этот фермент активируется в присутствии одновалентных катионов калия и натрия (К + , N + , АТФ-аза) и ингибируется гликозидом уабаином. С наличием транспортной АТФ-азы связывают активный перенос ионов через мембраны. АТФ-азная активность обнаружена и в растительных мембранах. Освобождаемая при распаде АТФ энергия используется для изменения конфигурации самой АТФ-азы, благодаря чему участок фермента, связывающий определенный ион, поворачивается и оказывается по другую сторону мембраны. Таким путем может осуществляться активный перенос иопов (с использованием энергии) против градиента концентрации. Расчет показывает, что для того, чтобы 1 моль соли диффундировал против градиента концентрации, необходимо затратить около 4600 Дж. Вместе с тем при гидролизе АТФ выделяется 30 660 Дж/моль. Следовательно, этой энергии АТФ должно хватить для транспорта нескольких молей соли. Имеются данные, показывающие прямо пропорциональную зависимость, существующую между активностью фермента АТФ-азы и поступлением ионов.
Необходимость молекул АТФ для осуществления переноса подтверждается еще и тем, что ингибиторы, нарушающие аккумуляцию энергии дыхания в АТФ (нарушение сопряжения окисления и фосфорилирования), в частности динитрофенол, тормозят поступление ионов. Вместе с тем энергия дыхания может и непосредственно без предварительного накопления в АТФ использоваться на перенос ионов против градиента концентрации. Механизм этого явления заключается в том, что в результате процесса дыхания на одной стороне мембраны (наружной) накапливаются ионы водорода, при этом внутренняя сторона мембраны заряжается отрицательно. Катионы поступают внутрь, притягиваясь к отрицательно заряженной внутренней стороне мембраны.
Пиноцитоз - это впячивание поверхностной мембраны, благодаря которому происходит заглатывание капелек жидкости с растворенными веществами. Явление пиноцитоза известно для клеток животных организмов. Сейчас доказано, что оно характерно и для клеток растений. Процесс этот можно подразделить па несколько фаз:
1) адсорбция ионов на определенном участке плазмалеммы;
2) впячивание, которое происходит под влиянием заряженных ионов;
3) образование пузырьков с жидкостью, которые могут мигрировать по цитоплазме;
4) ферментативное разрушение мембраны, окружающей пиноцитозный пузырек, и включение веществ в метаболизм. С помощью пиноцитоза в клетки могут попадать не только ионы, но и различные растворимые органические вещества.
В почвенном растворе ионы находятся в свободном состоянии или связаны с почвенными коллоидами. Поглощаются элементы минерального питания чаще всего в ионной форме: азот как NO 3 + или NH 4 + , фосфор как НРО 4 2- или Н 2 РО 4 - , сера как SO 4 2- , молибден как МоО 4 2- ; калий, натрий, кальций, магний, тяжелые металлы (железо, марганец, медь) и цинк – в виде катионов; хлор – в виде хлорид-аниона; бор, вероятно, в форме недиссоциированной борной кислоты. Растение может поглощать и некоторые органические растворимые соединения, например аминокислоты. Однако основным источником питательных веществ являются минеральные соли.
Длительное время считали, что сильно разбавленный почвенный раствор поступает в корни в неизмененном виде, поднимается по стеблю и потом «сгущается» в листьях в результате испарения воды, т.е. вещества поступают в растение в тех же количествах и соотношениях, в каких они находятся в почвенном растворе. Транспирационный ток считался одним из обязательных условий поступления веществ из почвы в корень, а затем в надземные органы.
Однако более поздние опыты показали, что количество поступивших в растение и накапливаемых в нем минеральных веществ не пропорционально количеству прошедшей через него воды. В тропических лесах транспирация может быть подавлена из-за большой влажности воздуха. Несмотря на это, деревья достигают очень больших размеров и развивают большую листовую поверхность; следовательно, они обеспечивают себя всеми необходимыми элементами минерального питания.
Изучение растений, выращенных в водной культуре, показало, что из очень разбавленных растворов соли поглощаются быстрее, чем вода, а из концентрированных растворов, наоборот, в растение быстрее поступает вода.
Итак, минеральные соли и вода поступают в растение относительно независимо друг от друга и с помощью существенно различающихся механизмов. Однако независимость этих двух процессов не означает, что транспирационный ток не имеет никакого значения. Если в почвенном растворе много солей, то основная масса их передвигается из корней в надземные органы вместе с водой по сосудам ксилемы, т.е. вода облегчает транспорт веществ из корней в побеги (массовый ток). Если растение испытывает недостаток солей, то они передвигаются из корней в побеги не по древесине, а по коре, в этом случае транспирационный ток не может влиять на их транспорт.
Не только различные соли, но даже анион и катион одной и той же соли поступают в растение из раствора с разной скоростью. Так, если в качестве источника азота используется сульфат аммония, то катион аммония поглощается растением более интенсивно, чем сульфат-анион, так как растению азот необходим в больших количествах, чем сера. В результате по мере роста растения в растворе, содержащем эту соль, может накапливаться серная кислота, повреждающая корни. Если в качестве источника азота используется нитрат натрия, то анион будет поступать в корни быстрее катиона. В окружающем растворе будет накапливаться NaHCО 3 . Эта соль, подвергаясь гидролизу, образует сильную щелочь NaOH и слабую кислоту Н 2 СО 3 , что вызывает подщелачивание питательного раствора. Азотнокислый аммоний является примером соли, у которой анион и катион поглощаются почти с одинаковой скоростью. Соль, у которой быстрее поглощается катион, называется физиологически кислой ; у которой быстрее поглощается анион, – физиологически основной , у которой анион и катион поглощаются с одинаковой скоростью, – физиологически нейтральной.
Растение поглощает вещества избирательно. Например, С 4 -растения поглощают большее количество калия, железа и кальция, чем C 3 -виды, произрастающие в тех же условиях. В результате избирательного поглощения соотношение поглощенных веществ в клетках может быть совсем другим, чем во внешнем растворе. Наблюдения показали также, что поглощение веществ идет не только избирательно, но и против градиента химического потенциала. Для такого поглощения нужно затратить энергию АТФ.
Энергия дыхания может использоваться на перенос ионов против градиента химического потенциала и непосредственно, без предварительного запасания ее в АТФ. Согласно хемиосмотической теории П. Митчелла, в результате транспорта электронов по дыхательной цепи на наружной стороне внутренней митохондриальной мембраны накапливаются ионы водорода. При этом внутренняя сторона мембраны заряжается отрицательно. Катионы поступают внутрь органеллы, притягиваясь к отрицательно заряженной стороне мембраны. Таким образом, дыхательная цепь работает как протонный насос. Дыхательные яды, например динитрофенол, увеличивающие проницаемость мембраны для протонов, тормозят и поглощение ионов.
Поглощение минеральных элементов в корневую систему растений может быть не только активным, но и пассивным. Пассивное поступление идет по градиенту химического потенциала. Однако главную роль в жизнедеятельности растения играет активное поглощение элементов.
Как и поступление воды, процесс поглощения делят на два этапа: 1-й – поступление ионов из почвы или питательного раствора в свободное пространство клетки; 2-й – передвижение их из свободного пространства через плазмалемму в протопласт. Иногда поглощенные ионы могут транспорти-роваться из цитозоля в вакуоль или в другую органеллу.
Механизмы поглощения веществ корнем . В свободное пространство клетки ионы поступают или из почвенного раствора, если речь идет об эпиблеме, или из свободного пространства соседних клеток. На первом этапе главными механизмами поглощения являются диффузия и адсорбция, на втором – мембранные транспортные белки, эндоцитоз. Клеточные стенки не могут служить преградой для поглощаемых веществ, потому что в них находятся межфибриллярные полости, через которые эти вещества свободно диффундируют.
Ту часть объема корня, в которую минеральные вещества проникают или из которой выделяются путем свободной диффузии, называют апопластом. Анатомически апопласт представлен межфибриллярными полостями клеточных стенок и межклетниками. Объем свободного пространства составляет 5–10 % от всего объема корневой системы. Свободное пространство является внешним по отношению к протопластам клеток и внутренним по отношению к внешней среде.
За счет диффузии вещества поступают из почвенного раствора в свободное пространство клетки (межфибриллярные полости), где концентрация их в основном меньше, чем в окружающем растворе. Скорость диффузии мала и уменьшается с увеличением ее продолжительности: за час вещество передвигается на 5 мм, за 24 ч – на 25 мм, а за год – на 500 мм. Поэтому диффузия не может играть важной роли в передвижении растворенных веществ на далекие расстояния, например из корня в лист. Итак, диффузия является основным механизмом поступления веществ в свободное пространство корня .
Возможно, что через клеточную стенку вещества проходят не только с помощью диффузии, но и вместе с водой, когда, передвигаясь через мембрану, она захватывает одну или несколько небольших молекул растворенных в ней веществ (массовый ток).
Стенки межфибриллярных полостей, составляющих свободное пространство клеток, имеют отрицательный электрический заряд, например, за счет карбоксильных групп пектиновых веществ, входящих в состав клеточных стенок. Поскольку вещества поглощаются главным образом в ионной форме, то на их поступление будет влиять и этот электрический заряд. Поэтому поступление ионов в свободное пространство клетки зависит не только от разности концентраций, но и от разностей электрических потенциалов. Существование отрицательного заряда на клеточной стенке облегчает поглощение катионов и затрудняет поглощение анионов.
Кроме того, катионы могут адсорбироваться на клеточных стенках, поэтому концентрация катионов около стенок межфибриллярной полости больше, а анионов – меньше; в центре полости она равна концентрации катионов и анионов в наружном растворе. Из центра межфибриллярной полости ионы могут быть выделены в воду в результате диффузии.
Ионы, адсорбированные на стенках межфибриллярных полостей, могут выделяться в солевой раствор путем обмена, причем адсорбированный ион вытесняется ионом, который содержится в солевом растворе в избытке (обменная адсорбция). Например, если корень, выдержанный ранее в растворе кальция, перенести в раствор калия, то кальций будет выделяться из корня в раствор. Если же корень поместить в дистиллированную воду, то этого не произойдет.
Для явлений адсорбции характерна чрезвычайно большая начальная скорость, этим адсорбция отличается от диффузии. Вторым доказательством участия адсорбции в поглощении веществ служит существование состояния насыщения. Характерной особенностью поглощения является малая зависимость его вначале от температуры. Начальное поглощение зависит от величины pH. Особенно сильно концентрация водородных ионов влияет на соотношение количеств поглощаемых катионов и анионов.
Итак, интенсивное поглощение вначале, существование состояния насыщения, независимость начального поглощения от температуры и полная зависимость от величины pH – все это доказывает, что в поглощении веществ принимает участие адсорбция. Благодаря высокой скорости, свойственной этому процессу, растение способно достаточно быстро адсорбировать на поверхности корня и затем накапливать в своих клетках необходимые ему питательные вещества из таких разбавленных растворов, какими обычно являются почвенные растворы.
Войдя с помощью диффузии в свободное пространство корня, ионы адсорбируются не только на клеточных стенках, но и на плазмалемме, которая тоже несет электрический заряд. Разность электрических потенциалов на плазмалемме колеблется от 60 до 100, а иногда достигает 180 мВ, причем клетка заряжена отрицательно по отношению к наружному раствору.
На втором этапе поглощения вещество из свободного пространства должно проникнуть в протопласт клетки. Для этого ему необходимо пройти через плазмалемму – основной барьер на пути диффузии ионов и молекул в клетку. Находящиеся в растворе в непрерывном хаотическом движении молекулы растворенного вещества при столкновении с этой мембраной либо отскочат от нее, либо адсорбируются на ней, либо пройдут через плазмалемму. В последнем случае говорят, что мембрана проницаема для данного вещества. Если вещество само пройти через плазмалемму не может, то помогают мембранные транспортные белки, а также эндоцитоз.
Разные механизмы работают не изолированно, а в различных сочетаниях, например «диффузия – адсорбция – переносчик» или «диффузия – адсорбция – ионный насос». В зависимости от природы поглощаемого вещества и условий в клетке удельное значение того или иного механизма изменяется. Организм сам регулирует, какой механизм поглощения должен работать.
Хотя механизмы поглощения веществ делят на пассивные (диффузия, адсорбция) и активные (белки-переносчики, ионные каналы, эндоцитоз), это деление условно, так как для работы любого механизма нужна энергия. Например, для поддержания диффузии нужно, чтобы количество вещества в протопласте было меньше, чем в свободном пространстве клетки. Это возможно, если поглощаемое вещество сразу включается в обмен веществ, а для этого необходима энергия.
Интенсивное поглощение клеткой веществ должно было бы привести к выравниванию концентраций и к прекращению поглощения. Однако этого не происходит, так как поступающие ионы, например нитрат-, сульфат- и фосфат-ионы, быстро включаются в клетке в органические соединения. Скорость включения ионов в обмен веществ в свою очередь определяет скорость их поглощения.
Главный орган поглощения элементов минерального питания – корень . Удобрения можно вносить и через листья (внекорневая подкормка), но, как показали опыты с меченым фосфором, это вызывает их быстрое старение и опадение. В опытах с внекорневой подкормкой растения росли в 10 раз медленнее по сравнению с контрольными, получавшими такую же дозу фосфора через корни.
Рассмотрим особенности строения корня как органа поглощения веществ. Эпиблема, покрывающая корень снаружи, непосредственно соприкасается с почвенным раствором и почвой. Поэтому первичное поступление ионов в корень происходитименно через клетки этой ткани. Эпиблема – основной барьер на пути поглощения ионов корнем. Это доказывается тем, что именно в клетках этой ткани как анионы, так и катионы накапливаются в наибольших количествах. Эпиблема как поглотительная ткань неоднородна: некоторые из ее клеток превращаются в корневые волоски. На 1 мм 2 поверхности корня находится 200–400 корневых волосков; в результате поглощающая поверхность корня увеличивается в сотни раз. Корневой волосок – основной вход для ионов в корень; через другие клетки эпиблемы их поступает меньше. Косвенным доказательством этого служит и наибольшее число плазмодесм, выходящих из корневых волосков в клетки первичной коры.
Первичная кора составляет до 86–90 % от всего объема корня, в ней много межклетников. Чем толще кора, тем больше общий объем корня и, следовательно, его поглощающая поверхность, так как в зоне корневых волосков корень имеет форму цилиндра.
Центральный цилиндр корня отделен от коры эндодермой, которая, регулирует переход веществ с апопластного пути на симпластный и обратно. Под эндодермой находится перицикл. Специально проведенный на электронно-микроскопических фотографиях подсчет показал, что в то время как между соседними клетками перицикла в клеточных стенках находится 45 тыс. плазмодесм, из каждой клетки перицикла в клетки центрального цилиндра идет только 12 тыс. Наблюдение позволило предположить, что в перицикле изменяется направление движения ионов с радиального на кольцевое. В результате из клеток перицикла ионы поступают непосредственно в сосуды, по крайней мере, у тех растений, у которых сосуды погружены в перицикл. Следовательно, роль перицикла можно сравнить с ролью кольцевой автодороги, позволяющей изменять направление движения. Функции находящихся в центре корня проводящих тканей хорошо известны: по ним поглощенные вещества транспортируются из корней в надземные органы.
Корневая система неоднородна не только анатомически, но и физиологически. Разные зоны корня, отличающиеся разной скоростью роста, дыхания, поглощают вещества тоже с различной интенсивностью. Наиболее активно поглощают вещества клетки зоны растяжения и зоны корневых волосков. Опыты с проростками пшеницы показали, что корневые волоски не только увеличивают поверхность корня, но в их мембранах находятся транспортные белки, обладающие большей активностью по сравнению с такими же белками других клеток эпиблемы.
В этих зонах наиболее активно происходит синтез белков и других компонентов протопласта, являющихся акцепторами ионов, поглощаемых из внешней среды. В зоне опробковения поглощение ионов на единицу поверхности корня резко уменьшается. Зона наиболь-шего поглощения, зависящая от особенностей растения, почвы, уровня грунтовых вод, орошения и распреде-ления элементов минераль-ного питания, с возрастом растения опускается вниз. Итак, в каждом корне существует значительный градиент поглотительной способности, который уменьшается от кончика корня к его базальной части.
Если корень в течение какого-то времени поглощает вещества, то их концентрация около активно поглощающих участков корня уменьшится и скорость поглощения будет зависеть от скорости диффузии ионов в почве. У растущего кончика корня положение иное. Его клетки не только лучше поглощают, но благодаря делению и растяжению клеток кончик продвигается все дальше и дальше в новые участки почвы, где запасы необходимых веществ еще не истощились. В процессе роста корень двигается к питательным веществам. Поглощение в растущей части происходит намного быстрее, чем в других зонах корня, вблизи которых доставка веществ лимитирована. Чем быстрее ветвится корень, тем больше данная корневая система имеет зон растяжения и зон корневых волосков, т.е. зон активного поглощения.
Итак, поглощение веществ зонами корня, закончившими рост, зависит лишь от скорости диффузии поглощаемых веществ; растущими зонами – от скорости диффузии и от скорости их роста.
Мощное развитие корневых систем растений, особенно их мелких активных корешков и корневых волосков, беспрерывное распространение их во все новых и новых слоях почвы является необходимым условием поглощения веществ. Чем меньше подвижность данного иона в почве, тем большее значение приобретает мощность развития корневой системы, ее распространение в большем объеме почвы. Растение обладает большими потенциальными способностями к корнеобразованию. Изменяя схему внесения удобрений, можно управлять ростом корней в длину и скоростью их ветвления, следовательно, и урожаем. Кроме того, известно, что обрезка стимулирует ветвление корней, а это увеличивает количество зон с максимальным поглощением.
Таким образом, быстрый рост корневой системы, стимулируя поглощение веществ, сам является одним из необходимых условий быстрого поглощения солей.
Зоны корня отличаются между собой не только по скорости поглощения веществ, но и по интенсивности снабжения ими надземных органов. Так, клетки зоны деления и растяжения поглощают вещества исключительно для собственного («внутреннего») потребления. Они не только не транспортируют эти вещества в надземные органы, а, напротив, сами частично употребляют минеральные элементы, поглощенные в зоне корневых волосков. Это связано как с их функциями, так и с особенностями анатомии корня, в зоне растяжения которого проводящие ткани начинают закладываться.
Таким образом, в корне различают зону, участвующую в поглощении питательных веществ (зона деления и растяжения клеток), и зону, участвующую как в поглощении, так и в снабжении питательными веществами надземных органов (зона корневых волосков).
Однако неправильно было бы думать, что мощное развитие корней всегда является обязательным условием для удовлетворения потребностей растения в питательных веществах. Например, огромное количество сортов сахарного тростника с сильно развитой корневой системой низкоурожайны, поскольку много сахарозы расходуется на дыхание корней. Развитие растениями мощной и сильно разветвленной корневой системы является формой приспособления к поглощению малоподвижных веществ, к тому же часто весьма рассеянных в почве. При наличии в корнеобитаемой среде питательных веществ в легкодоступной форме и в достаточной концентрации мощное развитие корней не нужно, потому что корневая система работает обычно не с полной нагрузкой.
Неравномерное распределение в почве питательных веществ привело к тому, что у корней в процессе эволюции выработалась способность быстрее расти в том направлении, где больше концентрация недостающего элемента. Это свойство получило название хемотропизма .
Итак, скорость и направление движения корня в почве, величина поверхности, активно поглощающей соли и снабжающей ими другие органы, скорость включения ионов в метаболизм обусловлены ростом корня. Следствием этой зависимости является то, что при недостатке питательных веществ прежде всего тормозится рост побегов, а рост корней в длину, наоборот, стимулируется, что позволяет корню быстрее пройти слой почвы, бедный питательными веществами.
Значение изучения закономерностей формирования корневых систем и поглощения ими элементов минерального питания важно, во-первых, для решения некоторых вопросов агротехники (глубины пахотного слоя, глубины заделки семян и удобрений, выбора методов обработки почвы и орошения); во-вторых, существуют определенные корреляции между развитием корней и приспособляемостью растений к засухе, к повышенной влажности или к повреждению вредителями.
Поглощение питательных веществ клеткой.
Для осуществления всех процессов жизнедеятельности в клет-ку из внешней среды должны поступать вода и питательные веще-ства. Цитоплазма и ее пограничные мембраны - плазмалемма и тонопласт - обладают свойствами избирательной проницаемости. Под избирательной проницаемостью понимают способность актив-"1ю регулировать процесс поступления веществ: одни вещества пропускать с большей скоростью, другие - с меньшей или не пропускать совсем. Таким путем биологическая система может сохранять стабильность - гомеостаз и не смешиваться с окружа-ющей средой.
Поглощение может быть пассивным и активным. Пассивным называется перемещение веществ путем диффузии по электрохи-мическому (концентрационному и электрическому) градиенту.
Диффузия - движение молекул или ионов из области с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Ионы перемещаются через мембраны в том или ином направлении бла-годаря своей собственной кинетической энергии, не потребляя в этом процессе ни АТФ, ни другие источники энергии. Некоторые молекулы проникают растворяясь в липидах мембран или через специальные гидрофильные канальцы в мембранах. Так как ионы заряжены, скорость их диффузии определяется не только прони-цаемостью мембраны и различиями в концентрации ионов по обе ее стороны, но также электрическим потенциалом - напряжени-ем, возникающим между внутренней и внешней сторонами мем-браны. Обычно растительные клетки на внутренней стороне своих мембран имеют отрицательный потенциал, что приводит к пре-имущественному поглощению положительно заряженных ионов по сравнению с отрицательными.
Активный транспорт - это поглощение веществ через специ-фические зоны мембраны, называемые насосами, против элект-рохимического градиента с затратой энергии дыхания. Например, растительная клетка поглощает калий в количествах в сотни и тысячи раз больших, чем он имеется в окружающей среде.
Вода может поступать в клетки растений благодаря набуханию биоколлоидов, увеличению степени их гидратации. Это характер-но для сухих семян, помещенных в воду. Однако главный способ поступления воды в живые клетки - ее осмотическое поглоще-ние.
Большая часть присутствующей в клетке воды находится в ва-куоле. Там же содержится большое количество других веществ- сахаров, органических кислот, солей. Для того чтобы попасть в вакуоль, вода должна пройти сквозь стенку клетки, а также через две мембраны и лежащую между ними цитоплазму. Обычно эти три структуры рассматривают совместно как единый мембранный барьер, обладающий свойствами полупроницаемости, т. е. прони-цаемостью только для воды. Согласно молекулярно-кинетической теории, молекулы всех веществ находятся в состоянии быстрого хаотического движения, скорость которого зависит от энергии этих молекул. Молекулы воды малы и проходят через клеточные мемб-раны намного быстрее, чем молекулы других веществ. Они диф-фундируют во всех направлениях: в клетку и из клетки, в различ-ные клеточные органеллы и из них. Движение воды осуществляет-ся по градиенту ее активности„ которая характеризуется водным потенциалом. Молекулы содержащихся в вакуоле растворенных веществ снижают активность молекул воды в клетке. Вследствие этого кинетическая энергия воды в вакуоле ниже, чем кинетичес-кая энергия относительно более чистой воды вне клетки. В резуль-тате внутрь клетки в вакуоль проникает больше молекул воды, чем выходит из нее. Объем вакуоли увеличивается и создается тургор, в результате которого содержимое клетки прижимается к ее стенке.
Диффузия воды через полупроницаемую мембрану называется осмосом. Если два раствора разделены полупроницаемой мембра-ной, то вода из раствора с меньшей концентрацией веществ (ги-потонического) будет диффундировать в раствор с большей кон-центрацией веществ (гипертонический). Диффузия будет проис-ходить до тех пор, пока концентрации веществ в обоих растворах не станут одинаковыми (изотоническими).
Если в осмометре раствор сахарозы отделить от чистой воды полупроницаемой мембраной (рис. 8.2), то молекулы воды в силу диффузии будут перемещаться из чистой воды в раствор сахаро-зы, где концентрация воды меньше, т.е. от высокого водного по-тенциала к более низкому. Это приводит к увеличению объема раствора сахарозы и подъему жидкости в трубке осмометра. При этом повышается гидростатическое давление, под которым нахо-дится раствор в осмометре. При некоторой высоте столба раствора в трубке скорости диффузии воды сравняются и подъем его пре-кратится.
Наибольшее давление, которое способен преодолеть данный раствор, всасывая воду через полупроницаемую мембрану, яв-ляется его осмотическим давлением. Осмотический потенциал ра-створа прямо зависит от концентрации растворенного вещества и по величине равен потенциалу гидростатического давления, по противоположен ему по знаку. Он всегда имеет отрицатель-ное значение. Величина осмотического потенциала неоднознач-на у разных видов растений и в разных частях одного и того же растения. Для вакуолярного сока клеток корней она составляет 12 -13 ат., а для клеток надземных органов 10 – 26 ат. Это обуславливает вертикальный градиент асмотического потенциала и сосущей силы от корней к листьям. У растений- галофитов, растущих в условиях засоления, осмотический потенциал очень высок, достигая 150 ат.
Силу, с которой вода входит в клетку, называют сосуищей силой (5), она тождественна водному потенциалу клетки. Величина со-сущей силы определяется осмотическим давлением клеточного сока (z) и тургорным (гидростатическим) давлением в клетке
Рис. 8.2. Схема простейшего осмо-метра:
1 - сосуд с водой; Б - сосуд с 10%-м
раствором сахарозы (кружки - молеку-лы воды, овалы - молекулы сахарозы).
(Р), которое равно противодавлению клеточной стенки, возникающе-му при ее эластичном растяжении: S = к - Р.
В условиях разной оводненности соотношение между всеми компонентами этого уравнения меняется. Когда клетка полнос-тью насыщена водой (полностью тургесцентна), ее сосущая сила равна нулю, а тургорное давление равно потенциальному осмо-тическому: S= 0; Р= к. Состояние полного тургора наблюдается в клетках водных растений. Клетки наземных растений из-за транс-пирации почти никогда не бывают полностью насыщенными во-дой. Если подача воды к клетке уменьшается (при усилении вет-ра, при недостатке влаги в почве и т.д.), то вначале возникает водный дефицит в клеточных стенках, водный потенциал кото-рых становится ниже, чем в вакуолях, и вода начинает переме-щаться в клеточные стенки. Отток воды из вакуоли снижает тур-горное давление в клетках и, следовательно, увеличивает их сосу-щую силу. При длительном недостатке влаги большинство клеток теряет тургор и растение завядает. В этих условиях Р = 0; S = к. Обезвоживание клетки называется плазмолизом.
Явление плазмолиза можно наблюдать, помещая кусочки тка-ни в гипертонический раствор. Отток воды из клеток приводит к уменьшению объема протопластов и их отделению от клеточных стенок. Пространство между клеточной стенкой и сократившимся протопластом заполняет наружный раствор, который легко про-ходит через клеточную стенку, практически не препятствующую движению воды. Клетку в таком состоянии называют плазмолизи-рованной. При помещении клетки в чистую воду она может восста-новить свой тургор. Чрезмерный дефицит приводит к разрыву про-топластов и гибели клеток.
В условиях водного дефицита в молодых тканях резкое усиле-ние потери воды, например при суховее, приводит к потере тур-гора и протопласты, сокращаясь в объеме, не отделяются от кле-точных стенок, а тянут их вслед за собой. Клетки и ткани сжима-ются. Это явление называется циторризом.
Для того чтобы экзогенный субстрат мог быть использован клеткой, он должен пройти через ее пограничные слои. Клеточная стенка не служит существенной преградой для небольших молекул и ионов, но она задерживает макромолекулы, масса которых превышает 600 Да. Пограничным слоем, ответственным за транспорт питательных веществ внутрь клетки, является плазматическая мембрана.
Перенос питательных веществ через плазматическую мембрану, как правило, специфичен: поглощаться могут только те вещества, для которых имеется соответствующая транспортная система. За небольшими исключениями, транспорт зависит от наличия специфических пермеаз или транслоказ. Речь идет о мембранных белках, само название которых указывает на то, что они обладают свойствами ферментов, т.е. могут индуцироваться субстратом, специфичны в отношении субстрата и образуются только в таких условиях, в которых возможен синтез белков.
Что касается механизма транспорта веществ, то различают ряд различных процессов, два из которых способны обеспечивать только транспорт, но не накопление веществ в клетке; им можно противопоставить процессы активного транспорта, приводящие к аккумуляции веществ внутри клетки (рис. 7.18 и 7.19).
Простая диффузия. Неспецифическое проникновение веществ в клетку происходит путем пассивной диффузии. Для диффузии существенны величина молекул и степень их липофильности. Скорость перемещения путем диффузии невелика. Для сахаров такие процессы не были обнару-жены, и они мало вероятны. Путем простой диффузии в клетку прони-кают, видимо, яды, ингибиторы и другие чуждые клетке вещества.
Облегченная диффузия. При облегченной диффузии вещество, содер-жащееся в питательной среде, транспортируется в клетку «вниз» по своему градиенту концентрации. Этот процесс осуществляется благода-ря субстрат-специфической пермеазе и не требует затраты метаболиче-ской энергии. Скорость транспорта в широком диапазоне зависит от концентрации субстрата в среде (рис. 7.19). Питательное вещество не может накапливаться в клетке против градиента концентрации.
Рис. 7.18. Схема четырех механизмов транспорта веществ в клетку. Розовый кружок-транспортируемый субстрат; с - пермеаза (белок-переносчик); с с серым прямоугольником - энергизованный переносчик; ФЕП - фосфоенолпируват;
ГБ-термостабильный белок. Пояснения в тексте.
Активный транспорт. Активный транспорт и транслокация группы имеют с облегченной диффузией то общее, что эти процессы происходят с участием субстрат-специфических транспортных белков. Однако в отличие от облегченной диффузии такого рода транспорт требует затраты энергии. При использовании метаболической энергии вещество может накапливаться в клетке против концентрационного градиента. Основное различие между активным транспортом и транслокацией
Рис. 7.19. Кривые насыщения при поглощении двух субстратов интактными клетками бактерий [построены по данным о потреблении 02 (интенсивности дыхания)]. Активное и пассивное поглощение субстрата можно различить по форме кривой. Так как субстрат А поглощается путем активного транспорта и накапливается в клетке, дыхание даже при очень малых концентрациях субстрата достигает максимального уровня. Субстрат Б поглощается пассивно, и интенсивность дыхания достигает максимума лишь при относительно высокой концентрации такого субстрата (порядка 10-20 мМ/л).
Рис. 7.20. Различные виды активного транспорта, для ко-торых источником энергии служит протонный потенциал Др.
Мембрана Ґ\ V У1 н+ О ҐN
V / ІО СИМПОРТА и Н+
АНТИПОРТ Н* и Na+
СИМПОРТ В и Na"
УНИПОРТ К*
Наружная сторона
группы заключается в природе молекулы, поступающей внутрь клетки.
При активном транспорте в цитоплазму поступает та же молекула, которая была поглощена из питательной среды. При транслокации группы переносимая молекула в процессе транспорта видоизменяется, например фосфорилируется.
Все теории, объясняющие активный транспорт, включают представление о наличии в мембране специфических транспортных белков. Эти белки получили названия, указывающие на их функцию: пермеазы, транслоказы, белки-транслокаторы, переносчики. Транспортные процессы отличаются друг от друга главным образом тем, что служит для них источником энергии - протонный потенциал Ар (рис. 7.20), АТР или фосфоенолпируват (рис. 7.18).
Для переноса многих веществ, в том числе неорганических и органических ионов, а также сахаров, используется энергия протонного потенциала (см. стр. 243-244). Бактериальные клетки поддерживают про-тонный потенциал, непрерывно откачивая из клетки протоны и другие ионы (Na+). Для этого в мембране имеются специфические транспортные белки.
Каждый из этих белков имеет совершенно определенную функцию. Есть, например, белок, катализирующий одновременный и однонаправленный перенос одного протона и одной молекулы сахара (лактозы, мелибиозы, глюкозы). В таких случаях говорят о симпорте двух (или нескольких) веществ. Другие транспортные белки катализируют одновременный встречный перенос двух частиц, например одного протона и какого-то другого иона (Na+или аниона органической кислоты); в этих случаях говорят об антипорте. При переносе сахаров, сопряженном с транспортом ионов, вероятно, всегда используются ионы Н+ или Na + . У прокариот преобладает симпорт с ионами Н + , у эукариот - симпорт с Na+(рис. 7.20).
То, что у бактерий действительно существуют транспортные белки описанного типа, было подтверждено (а) путем очистки и последующего встраивания белка-переносчика в протопласты или в так называемые липосомы и (б) путем выделения мутантов, лишенных соответствующего белка и его специфической функции. Что касается транспорта с использованием энергии протонного потенциала, то это, вероятно, наиболее распространенный механизм активного поглощения субстратов.
Представление об участии специфических белков-переносчиков в транспорте ионов подтверждают данные о действии ряда антибиотиков и синтетических веществ. Речь идет о ионофорах. Это соединения с относительно небольшой моле-кулярной массой (500-2000), молекулы которых снаружи гидрофобны, а внутри гидрофильны. Обладая гидрофобными свойствами, они диффундируют в липидную мембрану. Из аитибиотиков-ионофоров наиболее известен валиномицин; он диффундирует внутрь мембраны и катализирует транспорт (унипорт) ионов К +, Cs + , Rb+или NH4. Поэтому присутствие таких катионов в суспензионной среде приводит к выравниванию заряда по обе стороны мембраны (как бы короткому замыканию) и тем самым к падению протонного потенциала. Другие ио- нофоры образуют каналы, по которым могут проходить ионы. Существуют также синтетические соединения, повышающие протонную проводимость мембран; наиболее известный переносчик протонов -карбонилцианид-и-трифторме- токсифенилгидразон. Он действует как «разобщитель»-нарушает сопряжение синтеза АТР с транспортом электронов, перенося в клетку протоны в обход АТР-синтазы. Изучение мембранного транспорта привело к важным результатам, которые согласуются с хемиосмотической теорией преобразования энергии и подкрепляют ее.
Наряду с транспортными системами, использующими протонный потенциал, существуют также системы, зависимые от АТР. Определенную роль здесь играют периплазматические связующие белки (рис. 2.28). Плазматическая мембрана животных клеток не транспортирует протоны и не создает протонного градиента. Мембранный потенциал, вероятно, поддерживается только ATP-зависимыми насосными механизмами, например натрий-калиевым насосом, а натриевый потенциал в свою очередь доставляет энергию для симпорта питательных веществ вместе с ионами Na + .
Транслокация группы. При транспорте этого типа молекула химически модифицируется; поглощается, например, сахар как таковой, а внутрь клетки он поступает в фосфорилированной форме. Фруктоза, глюкоза, маннитол и родственные вещества поглощаются с помощью фосфотрансферазной системы, зависимой от фосфоенолпирувата. Эта система состоит из неспецифического и специфического компонентов. Неспецифический компонент-это термостабильный белок, который при участии фермента I, находящегося в цитоплазме, фосфорилируется фос- фоенолпируватом. Второй компонент-находящийся в мембране инду- цибельный фермент И, специфичный для того или иного сахара; он катализирует перенос фосфата с термостабильного белка (ТБ) на сахар во время транспорта последнего через мембрану;
Фермент/
Фосфоенолпируват + НРг > НРг - Р + Пируват
Фермент И
НРг + Сахар > Сахар-Я+НРг
Фермент II, вероятно, выполняет функцию пермеазы и фосфотрансфе- разы одновременно (см. рис. 7.18).
В остальном поглощение веществ клетками - процесс очень сложный и пока еще плохо изученный. Многие метаболические эффекты торможения и явления конкуренции между одновременно доступными субстратами связаны, по-видимому, с особенностями регуляторных меха-низмов, которые проявляются уже в процессах транспорта веществ.
Выход веществ из клетки. О выходе метаболитов в окружающую среду известно существенно меньше, чем о механизмах поглощения веществ клеткой. По-видимому, и выделение их из клетки тоже происходит как при участии транспортных систем, так и путем неконтролируемой диффузии. Вещества выходят из клетки тогда, когда в результате перепроизводства они накапливаются в ней, достигая концентраций, превышающих нормальный уровень. Накопление может быть следствием неполного окисления, нарушения регуляции или процессов брожения.
Транспорт железа. Для транспорта этого макроэлемента микробная клетка обладает специальным механизмом. В анаэробных условиях же-лезо представлено двухвалентным ионом (Fe2 +), и его концентрация может достигать 10" 1 М/л, так что она не лимитирует рост микроорга-низмов. Однако в аэробных условиях при pH 7,0 железо представлено в виде гидроксидного комплекса Fe3 +, который почти нерастворим; концентрация ионов трехвалентного железа составляет всего лишь 10“ 18 М/л. Неудивительно поэтому, что микроорганизмы выделяют вещества, переводящие железо в растворимую форму. Эти вещества-так называемые сидерофоры-связывают ионы Fe3 + в комплекс и в таком виде транспортируют его; речь идет в основном о низкомолекулярных водорастворимых веществах (с мол. массой меньше 1500), связывающих железо координационными связями с высокой специфичностью и высоким сродством (константа устойчивости порядка ТО30). По своей химической природе это могут быть феноляты или гидроксаматы. К первым относится энтерохелин; он обладает шестью фенольными гидрокси- группами, и его выделяют некоторые энтеробактерии. Выйдя в окру-жающую среду, он связывает железо, и образовавшийся ферри-энтеро- хелин поглощается клеткой. В клетке железо освобождается в результате ферментативного гидролиза ферри-энтерохелина (рис. 7.21).
Многие грибы для той же цели образуют феррихромы; их относят к гидроксаматным сидерофорам. Это циклические гексапептиды, удер-живающие трехвалентное железо с помощью трех гидроксаматных групп. Они тоже выделяются из клетки в виде не содержащих железо соединений, связывают в питательной среде железо и в виде феррихро- мов снова поглощаются. В клетке железо восстанавливается до Fe2 +, к которому феррихромы имеют лишь незначительное сродство и поэтому освобождают его. Сходную функцию выполняют ферриоксамины (у актиномицетов), микобактины (у микобактерий) и экзохелины (тоже у микобактерий).
Рис. 7.21. Примеры механизмов переноса железа в клетки микроорганизмов с участием сидерофоров. Вверху-система транспорта с помощью энтерохелина, свойственная многим бактериям; внизу - феррихромная система, имеющаяся у многих грибов.
Микроорганизмы обычно выделяют сидерофоры в питательную среду только тогда, когда железо лимитирует рост. Выделение сидерофоров - следствие дерепрессии их синтеза. В присутствии растворенного, комплексно связанного железа сидерофоры синтезируются лишь в малых количествах и удерживаются в клеточной стенке. В этих условиях они служат только для транспорта железа в клетку.
В связи с этим интересно то, что среди естественных защитных приспособлений высших организмов мы находим «очистку» внутренней среды от железа. Существуют специальные белки, которые так прочно связывают имеющееся железо, что оно становится недоступным для микроорганизмов. Так, например, в белке куриного яйца содержится ко- нальбумин, в молоке, слезной жидкости и слюне - лактотрансферрин, а в сыворотке крови - серотрансферрин. При посеве бактерий на куриный белок они растут только в том случае, если одновременно с инокуляцией вводят ионы железа (в виде цитрата). Таким образом, железо играет важную роль в антагонистических отношениях между высшими организмами и бактериями. Борьбу выигрывает тот партнер, который вырабатывает вещество, прочнее связывающее железо.
