Биологический каталог




Фермент пероксидаза

Автор В.А.Андреева

спознавании

93

«своего» и «чужого» строится на основе долговременной памяти антител к антигенам.

У растений нет специализированных органов иммунной системы (лимфоцитов и антител), но растительные клетки также способны распознавать «свое» и «чужое» и отторгать генетически чужеродное, что эволю-ционно не является для них нормой. Процесс обезвреживания и утилизации всего чуждого растительному организму является результатом сложного многоступенчатого течения физиолого-биохимических процессов. У растений существует определенная автономность органов, тканей и клеток, однако у них есть структурные и метаболические системы, координирующие взаимодействие отдельных частей растительного организма в целом. Немаловажную роль в этом играет фитоиммунологичес-кий контроль, который регулирует процессы, определяющие исход встречи хозяин—патоген.

Среди ферментов, участвующих в регуляции метаболизма, не последнюю роль играет пероксидаза. Этот фермент можно определить как антителоподобный белок, реагирующий на любое изменение окружающей среды и на любые стрессовые ситуации. А само присутствие в клетках фермента с широким спектром действия только подчеркивает важность его каталитической функции для метаболизма растительных тканей. Как показано выше, увеличение активности пероксидазы может происходить при активировании одного или нескольких изоэнзимов. Следовательно, если изоэнзим активируется, то он должен при этом проявлять повышенное сродство к определенному субстрату, а субстрат соответственно должен присутствовать и по типу обратной связи индуцировать или ингибировать (аллостерическое торможение) деятельность изоэнзима, который присутствует в данный момент в активно функционирующей системе организма. Чтобы система функционировала, должен быть пусковой механизм, определяющий, какой изоэнзим необходим в данный момент в активной форме.

В растениях табака сорта Ксанти нк при заражении нижних листьев ВТМ в верхних, молодых активизируется деятельность двух анионных изопероксидаз [Андреева, 1981], активность их в отрастающих листьях удерживается длительное время на высоком уровне. В связи с этим возникают два вопроса: первый — какие соединения индуцирук)т синтез и обновление именно анионных изоэнзимов? и второй — какие субстраты претерпевают окислительно-восстановительные изменения с участием этих пероксидаз, обеспечивая прохождение той или иной химической реакции? При длительном проявлении вирусиндуцированной системной устойчивости должен запускаться механизм, регулирующий синтез и обновление ферментного белка. Сведений о том, как идет обновление молекул пероксидазы, очень мало, и они не раскрывают сути вопроса [Gayer, Glaszion, 1968].

Выделенные анионные изопероксидазы вирозных растений существенно отличаются от таких же изоэнзимов контрольных растений по ферментативной специфичности при взаимодействии с субстратами естественной и искусственной природы (см. 6.4). У них повышенное сродство к субстратам, что должно иметь соответствующий контроль со стороны клетки. Если в начале заболевания, при образовании некрозов, индукторами

94

местной устойчивости могут выступать фитогормоны, то, очевидно, при возникновении вирусиндуцированной системной устойчивости включается и какой-то другой механизм, обеспечивающий длительное поддержание молекул фермента в активном состоянии.

В гипотезе о роли фермента пероксидазы в проявлении устойчивости, сформулированной Симонсом и Россом [Simons, Ross, 1970, 1971], предполагается, что продукты некроза или реакций, предшествующих некрозу, движутся от клеток, которые некротизируются, к соседним клеткам и вызывают механизм сопротивления. Высокая активность пероксидазы вызывает (опосредованно) некроз, который ведет к быстрой индукции устойчивости и, следовательно, к раннему ограничению размера некроза. Модифицированная гипотеза Симонса и Росса предполагает главную роль пероксидазы не в определении скорости роста некроза, а в образовании продукта как «индуцирующего агента», который после движения к соседним клеткам вызывает к действию механизм устойчивости [Weststeijn, 1976, 1978].

Есть предположение, что предпосылкой для индукции механизма локализации и образования некроза является разрыв мембран, который способствует контакту между пероксидазой и ее субстратами [Weststeijn, 1984]. Если разрыв мембран определяет повышение активности пероксидазы в месте образования некроза, то тогда что стимулирует увеличение активности фермента при системной устойчивости в верхних, незараженных листьях? Очевидно, в этих двух примерах имеет место повышение активности различных изопероксидаз. В принекрозной зоне активируются одни пероксидазы, а на расстоянии, в листьях с системной устойчивостью, наибольшую активность проявляют совершенно другие молекулярные формы.

Белл [Bell, 1981] считает, что возрастание активности пероксидазы в клеточной стенке предшествует некрозу и существует прямая связь между процессом образования некрозов и активностью связанных со стенкой изоэнзимов. В этом отношении интересны данные по размножению вируса в протопластах. В протопластах, выделенных как из устойчивых, так и из неустойчивых растений табака, размножение ВТМ идет одинаково [Журавлёв, 1979]. Что же происходит с клеткой устойчивого хозяина, когда ее лишают оболочки и она превращается в протопласт? Чтобы получить протопласты, надо „растворить" с помощью специальных ферментов клеточную оболочку. В таком случае есть все основания предполагать, что соединения, удаляемые с оболочкой, ответственны за включение реакций, обеспечивающих локализацию вируса. При этом в качестве индуктора могут выступать соединения, которые в обычных условиях метаболизма выполняют совершенно другую функцию.

Если провести аналогию между вирусным и грибным заболеванием, то в случае с грибами такие индукторы-элиситеры уже найдены и определена их природа [Элберсгейм, Дарвилл, 1985]. Для вирусного поражения пока элиситер неизвестен. Однако можно считать, что в проявлении вирусиндуцированной устойчивости, а также между наличием или отсутствием клеточной стенки существует определенная взаимосвязь. Протопласты лишены клеточной оболочки и каких-то соединений, которые могут выполнять роль элиситера, включающего первый шаг цепи мета-

95

болических процессов, ограничивающих размножение и распространение вирусных частиц. Получение протопластов приводит и к тому, что вместе с клеточной стенкой удаляются ионо- и ковалентносвязанные изо-пероксидазы, которые занимают важное место в метаболизме растительных тканей.

Фостер в 1980 г. показал, что если растения табака сорта Ксанти нк более чем за один день до появления некрозов перенести в условия с повышенной температурой, то в этих условиях некрозы не развиваются. Однако если растения из одних условий перенести в другие только за один день до появления пятен, то некрозы развиваются, но будут мельче, чем в контроле, и их дальнейший рост останавливается (Foster, 1973 цит. по: [Harrison, 1982]). Следовательно, пока некрозы не сформированы, индуцируется повышение активности пероксидазы, идет аккумуляция и окисление фенолов в местах заражения. После перенесения растений в условия с повышенной температурой резко возрастает каталитическая деятельность фермента пероксидазы, происходит интенсивное превращение фенолов в хиноны и идет быстрее процесс локализации вируса. Достоверное увеличение активности пероксидазы регистрируется через 24 ч после инфицирования сверхчувствительных растений. Итак, вначале действует индуктор, затем активизируется деятельность ферментных белков, среди которых одно из основных мест занимает пероксидаза. При изменении температуры меняются скорость локализации вируса и проявление индуцирующего фактора, определяющего последующий ход метаболических процессов.

Исследованиями, проведенными Вестштейян [Weststeijn, 1984], показано, что некрозобразующий фактор синтезируется только в растениях, выращенных при температуре 22°. Если же инфицированные ВТМ растения перенести в условия с температурой 32°, то некрозиндуцирующий фактор исчезает. Экстракты, полученные из растений, выращенных при температуре 22°, были токсичны для протопластов, в то время как экстракты из растений, выращенных при температуре 32е, не оказывали токсического действия на них. Образование токсического фактора предшествует развитию видимых некрозов, и у таких растений увеличивается проницаемость мембран. В вирусинфицированном системном хозяине или в сверхчувствительных растениях табака, выращенных при температуре 32°, проницаемость мембран не меняется. Автор предполагает, что в обычных условиях выращивания у сверхчувствительных растений табака происходит повреждение мембран, это обеспечивает взаимодействие между различными компартментами клеток вирозных растений и приводит к образованию некрозиндуцирующего фактора. При температуре 32° такого повреждения мембран не наблюдается.

Интересные данные о влиянии температурного фактора на проявление устойчивости приводит Я. Вандерпланк [1981]. Автором испытывались различные сочетания вирус—хозяин (ВТМ + табак, томаты; вирус желтой мозаике фасоли + горох; вирус огуречной мозаики + шпинат), и оказалось, что гетерозиготные растения по большей части устойчивы при температуре 18° и восприимчивы при 27°. Для некоторых растений температурный предел устойчивости выше и составляет 32°. Он объясняет этот предел особенностью физико-химических свойств белковых молекул,

96

обеспечивающих этот эффект. Если в зависимости от температуры изменяется доминирование, то изменение должно происходить в направлении от доминантной устойчивости при более низких температурах к рецессивной при более высоких. Возникает вопрос: как влияет температура-на образование и выход индуктора, который играет регуляторную роль и запускает механизм устойчивости? Так это или иначе, покажут дальнейшие исследования, и вполне возможно, что главный индуктор, вызывающий повышение активности ферментов и запускающий механизм устойчивости на расстоянии, действует в течение очень короткого периода времени и поэтому неизвестен до сих по

страница 25
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

Скачать книгу "Фермент пероксидаза" (1.45Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.09.2019)