Биологический каталог




Фермент пероксидаза

Автор В.А.Андреева

самое активное участие в процессах адаптации.

7.2. ПРЕТЕНДЕНТ НА РОЛЬ ЭЛИСИТЕРА-ИНДУКТОРА

Понимание последовательности реакций проявления сверхчувствительности влечет за собой необходимость выяснения самых первых изменений метаболизма, природу индуктора, который принимает непосредственное участие в запуске защитных процессов. Важное место при взаимодействии вирусов и клеток хозяина должны играть ферментные белки и фитогормоны. Образование последних регулируется клеточной мембраной. При нарушении целостности мембран наибольший интерес представляют те изменения, которые ведут к образованию этилена. Мембраны, и в первую очередь плазматические мембраны, играют важную роль в регуляции синтеза этого гормона [Imaseki et al., 1975; Odawa-ra et al., 1977; Venis, 1984].

Сравнительно давно замечено, что хлороз и некроз клеток растений, инфицированных вирусами, сопровождаются резким повышением синтеза этилена. Многие исследователи отводят основную роль этилену как индуктору защитного механизма [Nakagaki et al., 1970, 1981; Pritchard, Ross, 1975; Paradies, Elstner, 1980; Laat, Loon, 1983 a, b, и др.]. Синтез этилена тесно связан с метаболизмом соединений клеточной стенки, и именно при его участии активизируется деятельность ковалентносвязан-ных с ней изопероксидаз [Ringe, Osborne, 1970, 1971]. Растения с некротическим типом реакции на вирусное поражение (Ксанти нк, Самсун NN + BTM) при температуре 28—32° становятся системными по отношению к этому вирусу и при такой же температуре резко снижается синтез этилена [Дженсен, 1968]. Если этилен выступает как индикатор

100

образования некрозов, то исчезновение сверхчувствительности и снижение синтеза этилена при повышении температуры взаимосвязаны.

Увеличение образования этилена в течение развития сверхчувствительной реакции зависит в основном от повышения содержания в тканях его предшественника—1-амииоциклопропаи-1-карбоиовой кислоты (АЦК)- Заражение растений не приводит к накоплению АЦК, так как кислота немедленно превращается в этилеи. Образование его начинается через 2 ч после перенесения инфицированных ВТМ растений Самсун NN из помещения с температурой 30° в помещение с температурой 20° и за 6 ч до развития некрозов [Laat, Loon, 1983а]. Авторы считают, что сама по себе некротическая реакция не является причиной для увеличения образования этилена, но тем не менее показано, что существует обратная зависимость между количеством образующегося этилена и размером некроза [Laat, Loon, 1983b].

Поскольку при перенесении растений в условия с повышенной температурой снижается образование этилена, а также прекращается развитие некрозов, при повышении температуры отключается механизм, отвечающий за синтез этилена и активирование многих последующих реакций метаболизма. Японские исследователи убедительно доказали зависимость синтеза этилена от повышенных температур [Horiuchi, Imaseki, 1986]. При повышении температуры угнетается ИУК-индуцируемое [Riov et al., 1982] и АЦК-зависимое образование этого гормона. Синтез этилена может подавляться и белками, связанными с мембранами клеточных стенок [Odawara et al., 1977], что свидетельствует о регуляции его синтеза при участии этих белков. Важность поверхностной мембраны в регуляции очевидна, так как клетки, лишенные оболочки, не образуют гормон.

Ферменты, отвечающие за образование этилена, изучены недостаточно. Однако было выяснено, что стимуляция синтеза этилена происходит при активном действии р-1,3-глюкангидролазы [Abeles, Florrence, 1970]. Так, в растениях N. glutinosa, зараженных вирусом, в местах формирования некрозов активность р-1,3-глюкангидролазы значительно повышается [Moore, Stone, 1972]. Это подчеркивает, что путь синтеза этого гормона сложен. Следует учитывать и то, что предшественником этилена может быть и 2-хлорэтилфосфоновая кислота, которая способствует уменьшению диаметра некрозов в системе Самсун NN +ВТМ [Loon, 1977]. Образование этилена в растениях также идет и из S-аденозилметионина (SAM), который является в то же время донором СНз;групп в разных реакциях метилирования [Yang, Hoffman, 1984]. Б. Ф. Ванюшин [1985] предполагает, что этилен по принципу обратной связи контролирует образование SAM и тем самым существенно влияет на процессы метилирования биополимеров, в частности ДНК. Усиленное образование этилена при реакции сверхчувствительности должно сопровождаться дефицитом SAM и, очевидно, задержкой метилирования.

Основная роль большинства фитогормонов в растительной клетке заключается в контроле экспрессии генов [Кулаева, 1978]. Для реализации этой функции гормон должен связаться с белком-рецептором и в виде гормонорецепторных комплексов транслироваться в ядро. В ядре эти

101

комплексы присоединяются к хроматину,, что приводит к его активации и индукции транскрипции с образованием соответствующих иРНК-Полная или частичная экспрессия генов в первично зараженных клетках устойчивых растений-хозяев определяет возникновение вирусиндуциро-ванной устойчивости — этого естественного щита на пути размножения вирусной инфекции. Многие этапы этого сложного процесса активации генов с участием фитогормонов изучены слабо [Ванюшин, 1985]. Выяснение роли этилена при вирусном патогенезе усложняется еще и тем, что он имеет несколько предшественников синтеза.

Радиоактивный |4С-этилен включается в бензольное кольцо, а затем метка обнаруживается в продуктах превращения, и в том числе в бензойной кислоте [Jansen, 1964]. Бензойная кислота — предшественник ароматических карбоновых кислот, таких, как коричная, кофейная, п-оксибен-зойная и др. Грибные и вирусные инфекции стимулируют синтез этилена, последний способствует активированию фермента пероксидазы и накоплению ароматических соединений. Как сама бензойная, так и я-бензойная кислота и ее эфиры обладают сильным бактерицидным действием [Кар-рер, 1962; Brown, Swinburne, 1971]. Следовательно, не исключается определенный путь метаболизма от этилена до фенольных соединений.

Проведенное нами изучение фенольных соединений показало высокое содержание я-оксибензойной кислоты в листьях растений табака сорта Ксанти нк, зараженных ВТМ. Так, бензойной кислоты было в 4 раза больше в листьях нижнего яруса инфицированных растений по отношению к контролю. В 2—3 раза выше содержание этой кислоты и в молодых листьях, обладающих системной вирусиндуцированной устойчивостью (см. 4.5). Этот факт представляется очень интересным, так как синтез бензойной кислоты индуцирован вирусным поражением, а оиа может выступать как антивирусный фактор.

Таким образом, нарушение целостности поверхностной мембраны при заражении ведет к последующему синтезу этилена. В виде гормоно-рецепторного комплекса этилен, очевидно, оказывает влияние на геном растения, активизируя защитные реакции как в местах образования некрозов, так и на расстоянии, выполняя роль активного индуктора этих процессов.

7.3. ВОЗМОЖНОЕ УЧАСТИЕ ПЕРОКСИДАЗЫ В ЗАЩИТНЫХ РЕАКЦИЯХ РАСТЕНИЙ

В недавно вышедшей работе Гаспара и др. [Gaspar et al., 1985] приведена интересная и весьма оригинальная схема участия фермента пероксидазы в различных метаболических процессах. Эта схема дает наиболее полное представление об участии кислых и основных изопероксидаз в ответных реакциях на стрессовое состояние растительного организма. Авторы обобщили свои и литературные данные многих исследователей и сделали вывод о двух ступенях взаимозависимого контроля щелочными и кислыми пероксидазами при ответе растений на различные физико-химические и биологические воздействия. При этом любой стресс индуцирует деполяризацию клеточной мембраны, в результате чего изме-

102

няется соотношение Са/К, а это ведет к вытеканию из клетки растворимых веществ, среди которых могут быть доноры электронов, такие как аскорбиновая кислота и соединения фенольной природы.

Увеличение внутриклеточного уровня Са может приводить к активированию секреции основных пероксидаз в свободное пространство, где они, взаимодействуя с донорами электронов и, возможно, с циркулирующей ИУК, утилизируют перекиси; ослабление связи основных пероксидаз с мембранными структурами позволяет им действовать как 1-аминоцик-лопропан-1-карбоновая кислота (АЦК)-оксидаза. В результате ИУК и АЦК-оксидаза вызывают изменение в преобразовании этилена, который далее индуцирует (через механизм запуска синтеза белков) увеличение активности фенилаланин-аммиак-лиазы и кислых пероксидаз. На основании отдельных результатов исследований и интерпретации модельных состояний возможного течения биохимических реакций были получены доказательства существования двух различных механизмов контроля метаболизма основными и кислыми пероксидазами, опосредованных этиленом. Эти два механизма, контролируемые разными пероксидазами, могут быть главными в тех реакциях, которые активизируются в ответ на различные внешние воздействия (стресс) (рис. 22). Авторы подчеркивают регуляторную роль деятельности фермента пероксидазы и фенольных соединений.

Значительное увеличение активности основных пероксидаз в свободном пространстве наблюдали после применения различных обработок, что указывает на стимулирующий контроль за активностью клеточной секреции, которая показана для суспензии культуры клеток [Penel et al., 1984]. При этом ион Са2+ способствует связыванию основных пероксидаз с мембранами, и он также необходим для коррекции конформационного состояния апофермента молекулы пероксидазы. В противоположность основным пероксидазам кислые изоэнзимы этого фермента очень быстро включают меченые аминокислоты, а это говорит о высокой скорости оборота и обновления этих пероксидаз и о том, что увеличение активности кислых пероксидаз может быть обусловлено их синтезом (Castillo, 1984, цит. по: [Caspar et al., 1985]).

Разные типы воздействий генерируют различные виды свободных радикалов, например пероксидные радикалы, которые участвуют в пере-кисном окислении липидов. Маркером этого процесса является этан, участвующий в перераспределении электрохимического потенциала электронов на мембране. Разрушение липопротеинов клеточных мембран при перекисном окислении

страница 27
< 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
(15.09.2019)