Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Схема строения оболочек растительной клетки. Рисунок с сайта biology-forums.com
Рис. 2. Изображение клеточной стенки, полученное при помощи электронной микроскопии. Видны целлюлозные волокна в налегающих друг на друга слоях вторичной клеточной стенки. Толщина целлюлозных микрофибрилл составляет 20 нм. Фото с сайта desktopclass.com
Рис. 3. Схема биосинтеза микрофибрилл целлюлозы. Синтез происходит в так называемых розетках (или розеточных терминальных комплексах) с помощью шести субъединиц, каждая из которых состоит из шести молекул белка целлюлозосинтазы (CESA). Рисунок из статьи В. В. Титок и др., 2007. Биосинтез целлюлозы: современный взгляд и концепции
Рис. 4. Скорость движения целлюлозосинтазных комплексов в клеточной мембране во время формирования первичной и вторичной клеточной стенок. а — меченая CESA3 (серая полоса). Белая область — меченая CESA7; b — первые две стадии формирования вторичной стенки, с — третья стадия, предшествующая клеточной смерти. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Формирование клетчатки рассмотрели под микроскопом

Ключевые слова:  CESA1–CESA10, Древесина, периодика, Структура стенок, Целлюлоза

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

14 октября 2015

Международная группа ученых с помощью комбинированных методов сконструировала арабидопсис, у которого в поверхностном слое клеток начала формироваться вторичная клеточная стенка — основной компонент древесины. Это позволило воочию наблюдать за ее развитием, что прежде было невозможно, ведь древесина развивается во внутренних слоях растительных стеблей или корней. Ученые измерили скорость процесса и определили его необходимые слагаемые и их локализацию в клетке.

В растительной клетке, как правило, различаются три оболочки: тонкая клеточная мембрана (она имеется всегда) и две клеточные стенки — первичная и вторичная (рис. 1). В ходе роста и специализации на поверхности мембраны сначала формируется первичная стенка, а затем и вторичная. Хотя арматурная основа обеих стенок одинакова — это микрофибриллы длинных молекул целлюлозы, — структура стенок различается.

Все растения — от зеленых водорослей до баобабов (а вместе с ними и вся продукция из древесины) — приобретают жесткую форму благодаря вторичным клеточным стенкам, которые и составляют большую часть биомассы наземных растений. При этом, что удивительно, до сих пор никто не наблюдал, как эта стенка формируется. О ее росте судили по косвенным признакам. Впрочем, это отчасти понятно: вторичная клеточная стенка не характерна для наружных растительных клеток, на которые можно было бы посмотреть в микроскоп.

С этим препятствием блестяще справились генетики и ботаники из Университета Британской Колумбии(Ванкувер, Канада), Стэнфордского университета (Стэнфорд, США), Калифорнийского технологического института (Пасадена, США) и Института науки и технологии (Нара, Япония). С помощью генетической инженерии они заставили поверхностные клетки арабидопсиса (резуховидки Таля, лат. Arabidopsis thaliana) формировать вторичную стенку. После этого отснять процесс развития этой стенки стало лишь делом техники. Правда, техники весьма изощренной.

Известно, что синтез микрофибрилл целлюлозы в клеточной мембране запускается специальным ферментным комплексом, состоящим из молекул целлюлозосинтазы (Cellulose synthase) — шести белковых субъединиц, сложенных по шесть в специальные розетки (рис. 3).

У арабидопсиса различают 10 изоформ целлюлозосинтазы: CESA1–CESA10. Из этих десяти изоформ три принимают участие в построении только первичной клеточной стенки (это изоформы с номерами 1, 3, 6) и три — только вторичной (изоформы с номерами 4, 7, 8). Ученые вставили в растение управляемый фитогормонами регулятор развития ксилемы (древесины). Затем скрестили это растение с другим, у которого CESA7 была помечена зеленой флуоресцентной меткой. В результате получился гибрид, который начинал при воздействии гормона формировать характерную для ксилемы вторичную клеточную стенку во всех клетках, в том числе и в поверхностном слое, и при этом розетки целлюлозосинтазы светились зеленым цветом. Весь процесс можно было теперь наблюдать в конфокальный микроскоп.

И даже не просто наблюдать, а оценить скорость процесса, так как живые клетки полученного гибрида позволяли в режиме реального времени отследить судьбу отдельной терминальной розетки (см. первое видео из дополнительных материалов к обсуждаемой статье, на котором красные стрелки указывают на движение отдельных розеток). Скорость продвижения каждого отдельного ферментного комплекса вдоль клеточной мембраны соответствовала скорости роста микрофибриллы. Расчеты показали, что скорость роста микрофибрилл целлюлозы во вторичной клеточной стенке заметно выше, чем в первичной. Кроме того, ферментные комплексы, формирующие вторичную клеточную стенку, расположены плотнее — а потому и плотность микрофибрилл вторичной стенки получается более высокой.

На фото и видео можно проследить маршрут CESA7. Этот фермент скапливается в пузырьках аппарата Гольджи и ограниченных клеточных компартментах; затем скопления перемещаются вдоль пучков микротрубочек к клеточной мембране, там останавливаются и встраиваются в нее. Разрушение микротрубочек оризалином (Oryzalin) при этом не снизило скорости синтеза целлюлозы. Наблюдения не только подтвердили участие конкретных клеточных органелл в синтезе вторичной клеточной стенки, но и позволили даже составить приблизительное расписание этого движения — на какие действия сколько времени уходит.

Эта визуализация важного во всех отношениях клеточного механизма дает в руки ученым и технологам изящный инструмент для управления процессом синтеза древесины. А уж как они этим инструментом воспользуются, покажет будущее.

Источник: Y. Watanabe, M. J. Meents, L. M. McDonnell, S. Barkwill, A. Sampathkumar, H. N. Cartwright, T. Demura, D. W. Ehrhardt, A. L. Samuels, S. D. Mansfield. Visualization of cellulose synthases in Arabidopsis secondary cell walls // Science. 2015. V. 350. P. 198–203.

Елена Наймарк


Источник: Science, Элементы.ру



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 14 октября 2015 19:58 
Владимир Владимирович, 15 октября 2015 04:47 
А какой... гений/баобаб/Буратино/юнат (наиболее уместное старательно и вдумчиво выбрать, как на ЕГЭ) перевел "древесина" в названии итд?
Целлюлоза - не древесина, а лишь ее основной компонент.
Арабидопсис - не дерево.

"Деревянная трава -
На дворе росли дрова!"
(поговорка от ума, употреблять quantum satis до полного и окончательного просветления/выздоровления)

P.S. В качестве образца (самплера то есть) единой государственной образовательной рекламы 6(!) видеороликов по ссылке выше (да и вообще как уместная цитата для научных методичек): "Не кури дрова - посмотри сперва"
Палии Наталия Алексеевна, 15 октября 2015 15:33 
Спасибо за замечание, исправила название (как вы могли заметить, данная заметка - перепечатка с сайта элементы.ру)
Владимир Владимирович, 15 октября 2015 17:34 
Замечательно.
Еще повыкинуть "древесину" из текста было бы уместно.
Да, видел, перепечатано везде, включая www.pravda.ru
Нисколько не оправдание. Глупость - она ведь безгранична (как один ученый сказал), и будет заполнять умы, пока ее не остановят...
Пастух Евфграфович, 15 октября 2015 16:05 

Древесина содержит целлюлозу - это факт. А нао6(!)орот?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Акватория
Акватория

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.