Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

но 6, а у выращенных на свету — 4. В темноте эвглена накапливает большие количества полиэнов, фитоина, фитофлюина и г-каротина, но не нейроспорина, ликопина или р-каротина. По мнению Дольфина, ключевой участок — место приложения активирующего агента — находится в цепи биосинтеза после г-каротина. Стимуляция осуществляется с помощью активируемого светом фермента.

У растущего в темноте гриба Fusarum aquaeductum с помощью хроматографии удалось выделить только следы каротиноидов: 2-каротина, ^-каротина, торулена, нейроспорина и ликопина. Облучение светом сопровождается значительным увеличением содержания всех этих каротиноидов. причем относительное количество каждого из них возрастает в указанной последовательности в направлении ликопина. В этом же направлении уменьшается и степень ненасыщенности соединений. Анализ данных по ингибированию каротиногенеза ци-клогексимидом (ингибитор трансляции), вводимым в среду через различные интервалы времени после освещения, и дифениламином, инактивирующим дегидроге-иазы, привел Pay к выводу, что свет стимулирует' синтез всех ферментов каротиногенеза между 2-каротином и ликопнном.

Pay было показано также, что «фотоиндуцирован-ные состояния», включающиеся в цепь синтеза энзимов и ответственные за стимуляцию каротиногенеза, достаточно долгоживущи. Иначе говоря, весь процесс фотоиндукции обладает какой-то «памятью». Об этом свидетельствуют такие эксперименты. Даже после интенсивного освещения мицелия Fusarum в аэробных условиях индуцированное образование каротиноидов в темноте полностью прекращается, если объект затем перенести в анаэробную среду. И наоборот, синтез пигментов возобновляется без новой подсветки, если аэробные условия восстановлены. Продолжительность «анаэробного» интервала в некоторых опытах Pay достигала даже 48 ч.

Методом меченых атомов Хардинг с сотр. определил

последовательность превращений в цепи биосинтеза

каротиноидов у Neurospora. В целом их схема является

незначительной модификацией общей схемы биосинтеза

каротиноидов по Портеру и Андерсону:

—2Н —2Н —2Н

фитоин —v фитофлюин —у 2-каротин —? нейроспорин

циклизация2Н ликопин

зеакаротин |

—2Н I 3,4-дигИдроликопии

I I циклизация

у-каротин J,

торулеи

| окисление нейроспороксаитии

В противоположность Fusarum aquaeductum у ней-роспоры, как полагает Хардинг с сотр., ключевой участок цепи в индукции биосинтеза один. Он располагается между фитоином и фитофлюином. При этом свет снимает частичную темновую репрессию синтеза фито-индегидрогеназы благодаря сенсибилизированному окислительно-восстановительному повреждению репрес-сора этого фермента.

Свет не только индуцирует синтез каротиноидов, но и вызывает превращения одних форм каротиноидов в другие. Предполагается следующий путь превращения р-каротина в ксантофиллы:

°*

р-каротин > |3-криптоксантин -> эеаксантин

ФАД 02

ФАДН2 -Н2

виолаксантин антероксантин

02

неоксантин

Участок цепи обратимых химических превращений между виолаксантином и зеаксантином получил название виолаксантинового, или антероксантинового, цикла.

Реакция слева направо в цикле — дезэпоксидация, т. е. удаление эпоксидного кислорода, а в обратном направлении — эпоксидация. Реакция дезэпоксидации индуцируется светом и имеет спектр действия с максимумами при 480 и 648 нм.

Д. И. Сапожниковым с сотр. показано, однако, что дезэпоксидация может происходить и в аэробных условиях, но по другому механизму, чем при анаэробиозе: фотоокисление эпоксидной группы или фотовосстановление ее с образованием воды. Биологически активный свет, по-видимому, поглощается как каротиноидами, так и хлорофиллом, а направление реакции в цикле зависит от внутриклеточного газового состава. Кроме того, высказывается предположение, что виолаксантиновый цикл принимает участие в реакциях образования молекулярного кислорода при фотоокислении воды.

3. АНТОЦИАНЫ

Растущие в темноте, этиолированные растения не образуют антоцианов до тех пор, пока они не будут освещены. Так, например, в проростках горчицы под действием света синтезируется пять различных антоцианов. Каждый из них содержит компонент красного цвета — цианидин. Начало синтеза и окончание подсветки разделены более или менее продолжительной лаг-фазой, достигающей у некоторых растений нескольких часов. Не исключено, что роль света здесь, как и в случае каротиноидов, сводится к индукции синтеза ферментативного аппарата биосинтеза антоцианов.

Наиболее хорошо этот процесс изучен у проростков горчицы, в спектрах действия антоцианообразования которых проявляются два максимума: 725 и 440— 480 нм. Первый из них приписывается фитохрому, поскольку в индукции синтеза антоцианов отчетливо проявляется антагонизм К- и ДК-света. Природа второго максимума пока не ясна. По данным Мора с сотр., для проростков горчицы характерна полная обратимость, т. е. инициация образования пигментов при освещении дальним красным (725 нм) и снятие эффекта при повторном облучении красным светом (670 нм) наблюдаются в первые 5 мин лаг-фазы. Этот факт очень примечательный и означает, что активная форма фитохрома очень быстро включается в события, причастные к индукции синтеза пигментов.

Обнаружено также, что в течение, по крайней мере, 20 ч после окончания лаг-фазы накопление антоцианов со временем протекает линейно, а скорость накопления определяется интенсивностью стимулирующего света. Иными словами, скорость синтеза пигментов зависит от количества активной формы фитохрома. Продолжительность лаг-фазы, представляющая собой специфическую характеристику растения данного вида, составляет около 3 ч и не зависит от дозы4 облучения. Достаточно вспомнить, что для других фотобиологических процессов, имеющих лаг-фазу, ее продолжительность, как правило, зависит от дозы облучения. К сожалению, это явление еще не получило своего объяснения.

Интересно, что такое распространенное среди синтезирующих антоцианы растений явление, как фито-хромный парадокс (отсутствие корреляции между спектрофотометрически регистрируемыми продуктами фитохрома и степенью или выраженностью биологического ответа), горчице не свойственно.

У других видов растений отмечаются максимумы в спектрах действия при 450, 690 или при 450, 620, 725 нм с миграцией энергии между хромофорами, поглощающими при 620 и 725 нм. Как правило, для инициирования реакции в синей области необходимы большие дозы, чем в К- и ДК-областях. Можно думать, что фотоконтроль биосинтеза в этом случае осуществляется в основном высокоэнергетической реакцией (см. гл. IX).

В противоположность растениям у водорослей Spi-rodella oligorrhiza в спектрах действия антоцианообра-зования наряду с максимумом в ДК-области представлен белковый максимум при 280—300 нм, причем постулируется прямое влияние света на синтез.

4. ФАКТОРЫ, СТИМУЛИРУЮЩИЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

МИКРООРГАНИЗМОВ

К настоящему времени известно значительное количество нефотосинтезирующих микроорганизмов (бактерии, низшие грибы, дрожжи), рост биомассы и мито-тическая активность которых стимулируется видимым светом. В одних случаях подобная стимуляция связана скорее всего с прямой активацией светом работы энер-гию-генерируюшей электронно-транспортной системы митохондрий, как это имело место в опытах С. В. Конева и Т. И. Лысковой, выполненных на дрожжевых микроорганизмах Candida utilis. В пользу этого говорят форма спектров действия стимуляции, близкая к спектрам поглощения НАД, и зависимость величины фотоэффекта от содержания НАД и природы питательного субстрата среды: при выращивании дрожжей на сукци-нате натрия, донирующего электроны в электронно-транспортную цепь в обход НАД-содержащих ферментов, стимуляция резко уменьшалась. В других — можно говорить о фотобиосинтезе стимулирующих размножение микроорганизмов веществ (факторов).

В этой связи остановимся на опытах Л. Б. Рубина, выполненных на дрожжеподобных микроорганизмах Candida guilliermondiL Спектр действия стимуляции размножения культур кратковременным освещением имел максимумы при 400—440, 540, 580 и 640 нм, причем зависимость фотоэффекта от длительности и интенсивности светового импульса для всех максимумов была одинаковой. Это указывает на существование одного типа биологически активных хромофоров, инициирующих стимулирующее действие. Спектрально-абсорбционный и спектрально-люминесцентный анализ различных фракций клеточного материала позволил предположить порфириновую природу хромофора.

Согласно данным Л. Б. Рубина, поглощение света порфириновым хромофором приводит к синтезу фото-индуцироваиного фактора с огромным квантовым выходом. Фактор выделялся в среду, причем супернатан-ты гомогенатов освещенных культур обладали фотомиметическим действием. Фракционирование материала, представленного в супернатанте, на сефадексе и ионообменных смолах, позволило охарактеризовать фактор как низкомолекулярное (М<700) электрически нейтральное соединение.

Опыты с использованием ингибиторов синтеза РНК показали, что образование фактора, происходящее даже при температуре — 15°С, не связано с активацией синтеза белка.

В целом можно представить себе следующий наиболее вероятный механизм стимуляции светом биосинтеза РНК, белков и размножения клеток Candida guillier-mondii: хромофор -f-свет-^конформационная активация мембранных ферментов-^синтез фактора-кггимуляция макромолекулярного биосинтеза и деления клеток.

5. ВИТАМИН D

Конечные стадии биосинтеза витаминов группы D имеют фотохимическую природу. Фотохимическая реакция превращения провитамина в витамин не требует белкового носителя и успешно протекает в растворе. Провитамином витамина D2 является эргокальциферол,

D3 (у животных) — холекальциферол, a D4 — 2,2-дигид-роэргостерол.

Предложенная ранее общая схема превращения провитамина в витамин D2: эргостерол (Е)->люмисте-рол (L) -> тахистерол (Т) ->- преэргокальциферол (Р) ->-эргокальциферол (D) уточнена Раппольдтом с сотр. Ниже приводится их схема, отражающая взаимопревращения фррм витамина D2 при облучении светом с длиной волны 254 нм (числа над стрелками показывают квантовые выходы от

страница 39
< 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 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.11.2019)