THE MECHANISM OF FORMATION OF A SYSTEM OF SECONDARY CONCENTRIC MEMBRANES IN HIGHER AQUATIC PLANTS UNDER THE ACTION OF TOXIC SUBSTANCES ON THE EXAMPLE OF LÉMNA MINOR L.
DOI:
https://doi.org/10.32782/2450-8640.2023.1.1Keywords:
Lémna minor L, protoplasts, pseudo-protoplast, double concentric membrans, parasexual hybridization, somatic hybrids, regenerationAbstract
It’s hard to imagine that such difficult structure as cell membrane can be restored, вut it is restored through the formation of secondary concentric membrane. The ability of many organisms to regenerate partial breaks in their cell membrane has been well studied [16; 18; 19]. When cells are damaged, they quickly repair damage in the membrane, forming one or more insoluble plugs. These insoluble plugs are composed of lipids and polysaccharides to prevent loss of cytoplasm content. Over time, the cells restore their original volume and shape. [20; 21]. Given the large size of the cells, it should be understood that these breakdowns can be many. Other processes associated with the formation of a system of secondary concentric membranes are involved here [9]. Our results shows that secondary membrane isn’t temporary, it’s functions are the same as primary cell membrane and it’s formation takes just few hours. In this investigation we offer full description of the fact how secondary concentric membrane is formed, also stages of this process and meaning during adaptation. A complete explanation of how these cells repair the damaged membrane, including the cell wall, remains to be determined. Therefore, the purpose of this article was to study the processes of formation of the secondary concentric membrane and cell wall on the example of higher aquatic plants Lémna minor L. Cell wall regeneration can be an important model for studying processes such as the interaction of various cellular organelles, the formation of different types of hybrid cells and especially, the evolution of cell membranes. In the spontaneous regeneration of the cell wall, four main stages can be distinguished: 1) Protoplast formation; 2) Pseudo-protoplast formation; 3) cell wall synthesis; 4) formation of a secondary concentric membrane.
References
Kim G.H., Hwang M.S., Fritz L., Lee I.K. (1995). The wound healing response of Antithamnion nipponicum and Griffith siapacipica (Ceramiales, Rhodophyta) monitored by lectins. Phycol. Research. 43. Р. 161−166.
Mariani-Colombo P., Vannini G.L., Mares D. (1980). A cytochemical approach to the wound repair mechanism in Udotea petiolate (Siphonales). Protoplasma. 104. Р. 105−117.
McNeil P. L., Vogel S. S., Miyake K., Terasaki M. (2000). Patching plasma membrane disruptions with cytoplasmic membrane. J. Cell Sci. 113. Р. 1891−1902.
Menzel D. (1988). How do giant plant cells cope with injury? – The wound response in siphonous green algae. Protoplasma. 144. Р. 73−91.
Nawata T., Kikuyama M., Shihira-Ishikawa I. (1993). Behavior of protoplasm for survival in injured cells of Valonia ventricosa: involvement of turgor pressure. Protoplasma. 176. Р. 116−124.
Костюк К.В. Структурно-функціональні реакції клітин водних рослин на дію токсикантів : автореф. дис. ... канд. біол. наук : 03.00.17 ; НАН України, Ін-т гідробіології. Київ, 2011. 21 c.
Остапченко Л.І., Компанець І.В., Синельник Т.Б. Біологічні мембрани та основи внутрішньоклітинної сигналізації: методи дослідження : навч. посіб. Київ : ВПЦ Київський університет, 2017. 447 с. (укp.)
Myung-Kyu Choi, Sangwon Son, Mingi Hong, Min Sung Choi, Jae Young Kwon, and Junho Lee. Maintenance of Membrane Integrity and Permeability Depends on a Patched-Related Protein in Caenorhabditis elegans. Genetics. 2016 Apr; 202(4): 1411–1420. Published online 2016 Feb 5. doi: 10.1534/genetics.115.179705.
Клітинна біофізика: структурна організація та біофізичні властивості мембран : навч.- метод. розроб. / упорядн. К.І. Богуцька. Київ, 2020. 50 с. (укp.)
Anubhav Singh, Anuj Sharma, Rohit K. Verma, Rushikesh L. Chopade, Pritam P. Pandit, Varad Nagar, Vinay Aseri, Sumit K. Choudhary, Garima Awasthi, Kumud K. Awasthi and Mahipal S. Sankhla. Singh A. Heavy Metal Contamination of Water and Their Toxic Effect on Living Organisms. The Toxicity of Environmental Pollutants. Submitted: February 2nd, 2022 Reviewed: April 27th, 2022 Published: June 15th, 2022 DOI: 10.5772/intechopen.105075. URL: https://www.intechopen.com/chapters/82246.
Grubinko V. V., Kostiuk K. V. Structural Changes in the Cellular Membranes of the Aquatic Plants under the Impact of Toxic Substances. HydrobJ. Volume 48, Issue 2, 2012, pp. 40–54. DOI: 10.1615/HydrobJ. v48.i2.60.
Broda B. Metody histochemii roslinnej. (1971) Warszawa: Panstwo wyzakladwy dawnictw lekarskich. 255 p.
Демченко О.П. Сучасні уявлення про структуру і динаміку біологічних мембран. Біополімери і клітина. 2012. № 1. Т. 28. С. 24–38. (укp.).
Горда А.І., Грубінко В.В. Вплив дизельного палива на біосинтез протеїнів, вуглеводів і ліпідів у Chlorella vulgaris Beijer. Biotechnologia Acta. 2011. № 6. Т. 4. С. 74–81. (укp.).
Костюк К.В. Специфічні та неспецифічні реакції клітин гідробіонтів на дію важких металів та нафтопродуктів / К.В. Костюк, В.В. Грубінко. Наук. зап. Терноп. нац. пед. ун-ту ім. Володимира Гнатюка. Серія: Біологія. Спеціальний випуск: Фізіологобіохімічні та екосистемні механізми формування токсикорезистентності біологічних систем, присвячений пам’яті член-кореспондента Академії педагогічних наук України, доктора біологічних наук, професора Олександра Федотовича Явоненка. 2011. № 2(47). С. 35–43. (укp.).
Курський М.Д., Кучеренко С.М. Біомембранологія : навч. посіб. Київ : Вища шк., 1993. 260 с. (укp.).
Luckey M. (2014). Membrane structural biology: with biochemical and biophysical foundations. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom. 423 p.
Kobayashi, K., Kanaizuka, Y. (1985). Reunification of sub-cellular fractions of Bryopsis into viable cells. Plant Sci. 40. Р. 129–135.
Tatewaki M., Nagata K. (1970). Surviving protoplasts in vitro and their development in Bryopsis. J. Phycol. 6. Р. 401−403.
Луців А.І., Грубінко В.В. Особливості поглинання Mn²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ і Pb²⁺ клітинами Chlorella vulgaris Beijer. Доповiдi Нацiональної академiї наук України. 2013. № 7. С. 138–145. Бібліогр.: 15 назв. (укр.).
Грубiнко В.В., Горда А.I., Боднар О.I. Метаболiзм водоростей за дiї iонiв металiв водного середовища (огляд). Гидробиол. журн. 2011. 47, № 4. С. 80–95. (укp.)