自由基調控離子通道的研究
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氧自由基（FORs）是生物體生命活動過程中產生的物質，在動物體中引起許多重要的生物化學及生理學現象。FORs作用于離子通道及受體復合物引發信號級聯反應對細胞內代謝活動進行調控。研究發現，伴隨著植物生長、激素活動及脅迫應激等不同生命過程，FORs形成并逐漸累積，同時累積的還有胞內鈣離子。因此，研究人員推測，在植物中同樣存在FORs調控離子通道從而調節相關生命活動的機制。
上圖：采用非損傷微測技術測定了羥自由基對不同植物根部表皮細胞離子流速的影響 為了驗證以上推測，英國的研究人員Vadim Demidchik等以擬南芥根部細胞原生質體為材料，利用發光法、電生理研究方法以及非損傷微測技術（MIFE）分別測定了羥自由基（OH·）等不同誘導處理下，擬南芥根部細胞胞外鉀離子濃度（[K+]out）、胞內鈣離子濃度（[Ca2+]in）、整體細胞電流以及K+、Ca2+流速等信息。 研究表明，氧自由基(FORs)激活擬南芥根部細胞質膜Ca2+、K+通道，分別介導Ca2+內流及K+外流。而且在接受環境刺激信號及處于伸長生長期的細胞中，FORs的通道激活作用更顯著。此外，對根部氧自由基的淬滅，根部的伸長生長受到抑制，證實自由基引起的Ca2+內流在細胞生長中的作用。在單子葉、C3、C4等其他植物中均得到類似的結果，說明氧自由基的調控機制及功能比較保守。該研究成果闡明了FORs在細胞內具有精確的作用位點及具體的機制，為信號網絡調控機制的研究提供了一個范例。 | |
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關鍵詞：鈣（Calcium）、通道（Channel）、氧自由基（Free oxygen radical）、鉀（Potassium）
參考文獻：Demidchik et al. J. Cell Sci. 2003: 116: 81-88.
全文下載：http://jcs.biologists.org/cgi/content/abstract/116/1/81 | |
ABSTRACT:
Free oxygen radicals are an irrefutable component of life, underlying important biochemical and physiological phenomena in animals. Here it is shown that free oxygen radicals activate plasma membrane Ca2+- and K+-permeable conductances in Arabidopsis root cell protoplasts, mediating Ca2+ influx and K+ efflux, respectively. Free oxygen radicals generate increases in cytosolic Ca2+ mediated by a novel population of nonselective cation channels that differ in selectivity and pharmacology from those involved in toxic Na+ influx. Analysis of the free oxygen radical-activated K+ conductance showed its similarity to the Arabidopsis root K+ outward rectifier. Significantly larger channel activation was found in cells responsible for perceiving environmental signals and undergoing elongation. Quenching root free oxygen radicals inhibited root elongation, confirming the role of radical-activated Ca2+ influx in cell growth. Net free oxygen radical-stimulated Ca2+ influx and K+ efflux were observed in root cells of monocots, dicots, C3 and C4 plants, suggesting conserved mechanisms and functions. In conclusion, two functions for free oxygen radical cation channel activation are proposed: initialization/amplification of stress signals and control of cell elongation in root growth.
