аков, 1972; Howarth, 1990]. Накопление АФК в клетках приводит к нарушению протекания процессов транскрипции и репликации, изменяет состав липидов мембран [Вартанян и др, 1992]. Супероксидные радикалы модифицируют белки, нарушают структуру ДНК, разрушают гормоны и другие функционально активные вещества [Коган и др., 1992; 1997]. Поэтому изучение проявления компенсаторных механизмов в семенах на действие АФК является общебиологической задачей.

В основе действия механизмов покоя заложено функционирование различных физиолого-биохимических процессов. Контроль за этими процессами осуществляется комплексом биоло-

153

Глава V

гически активных веществ, которые регулируют рост и развитие растительного организма, обеспечивая сохранение его жизнеспособности. Вхождение в состояние покоя сопровождается понижением активности биосинтетических процессов и дыхания митохондрий, последнее вызывается разобщением окислительного фосфорилирования, переключением аэробных метаболических процессов на анаэробные. При этом активность анаэробных метаболических систем начинает преобладать над активностью аэробных процессов. Показателями анаэробных метаболических процессов могут служить ферменты глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа и алкогольдегидрогеназа, а аэробных — пероксидаза [Рогожин, Егорова, 1990]. Глюкозо-6-фосфатдегид-рогеназа является ключевым ферментом пентозофосфатного пути превращения углеводов, катализирует реакции окисления глюкозо-6-фосфата в присутствии НАДФ, который необходим для метаболизма липидов (жирных кислот и стероидов). При этом известно, что стероидные гликозиды могут в организме выполнять роль антиоксидантов, регулировать проницаемость мембран и активировать процессы деления и роста клеток. Алкогольдегидрогеназа катализирует обратимые реакции окисления алифатических спиртов с участием НАД (рис. 64). Отношение концентраций альдегида к спирту отражает уровень протекания анаэробных биоэнергетических процессов. Снижение этого соотношения должно сопровождаться активацией ка-таболических процессов, а повышение — углублением гипоби-отического состояния. Однако этот регуляторный механизм в семенах культурных и дикорастущих растений недостаточно изучен.

Интенсивность аэробных процессов может быть оценена по активности пероксидазы, которая совместно с СОД и каталазой входит в единую систему, антиоксидантной защиты живых организмов, предотвращающих разрушительное действие активных форм кислорода. Фермент способен катализировать реакции окисления различных биологически активных соединений (НАДН, ИУК, аскорбиновая кислота, флавоноиды и др.), среди которых следует выделить антиоксиданты, соединения способные подавлять образование свободных радикалов, ингибировать ПОЛ (рис. 64). Таким образом между пероксидазой и антиокси-дантами должна наблюдаться взаимная зависимость, которая, к сожалению, недостаточно изучена.

154

Роль пероксидазы в действии антиоксидантной системы растений

Глюкоза

Крахмал

Ў НАДФ Г-6-Ф-> 6ФГЛ—>| ПФП

ЛДГ

НАДФИ;

СНз-C-COOH^l^: СН3-С-СООН

со.

он

Л

со.

CHj-CHj-OH

HAa^lf

J АДГ НАДН^

сн3сно«

НАД-НАД

fl

ЧТашДГ Щ

CH3COOH-

> CH3-C-SK0A

Стероиды

"X"

I

РНК

ДНК

0-2

о2 *

НТК

но;

|сод,г

ПО I СОД I КАТ

-> о2-> н2о,-^—> нр

АК

ro-eLrooh

-^RPI^p^RO^F

А А Г\

Fe2+ Fe34- АН А

]^ПО °2

н2о

НАДН, ФАДН2

Рис. 64. Схема, демонстрирующая совместное участие оксидоредуктаз и антиоксидантов в механизме регуляции основных метаболических процессов.

В живых организмах существует физиологически нормальный уровень свободнорадикальных процессов и перекисного окисления липидов, необходимый для регулирования липидного состава, проницаемости мембран, и рада биосинтетических процессов [Бурлакова и др., 1975]. Контроль за содержанием АФК в семенах осуществляют антиоксиданты. В генерировании свободных радикалов может принимать участие и пероксидаза. Однако инициирующая роль фермента в процессах прорастания семян практически не изучена. Набухание и прорастание семян всегда сопровождается активированием оксидазных процессов. УФ-об-лучение семян может инициировать возрастание ПОЛ, регулируемое в живых организмах компонентами антиоксидантной си-

155

Глава V

стемы. Однако взаимодействие их основных метаболитов, принимающих участие в формировании гипобиотических состояний у живых организмов, обитающих в экстремальных условиях, мало исследована.

5.1. ИНДУЦИРОВАНИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ОБЛУЧЕНИЕМ СЕМЯН ПРОЦЕССОВ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ В ПРОРОСТКАХ ПШЕНИЦЫ

Проявлением различных стрессов, возникающих под действием неблагоприятных факторов среды (инфекции, различные ксенобиотики, гербициды, тяжелые металлы, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское облучение и др.), является характерное повышение в тканях содержания супероксидных радикалов и других активных форм кислорода, активизации ПОЛ [Островская, 1993; Верболович и др., 1989; Каюшин и др., 1970; 1973; Львов, Львова, 1988; Наумова и др., 1992]. Супероксидный ион-радикал, образующийся в УФ-облученной клетке, способен вызывать мутации как прокариотов, так и эукариотических клеток [Brown, Fridovich, 1981]. Аналогичным действием могут обладать и другие активные формы кислорода, регулирование активности которых осуществляется с помощью функционально активных веществ, относящихся к группе антиоксидантов. Возникающие свободные радикалы инициируют перекисное окисление липидов — процесс, который в значительной мере определяет их токсичность. Степень его развития будет зависеть от уровня антиокислителей и их активности [Островская, 1993]. Неспецифичность реакции активных форм кислорода на воздействующий фактор может свидетельствовать об их участии в активации регуляторных сил биологических систем с целью компенсировать возникшие изменения. Реализация их деятельности проявляется в активизации ПОЛ, изменении количества антиоксидантов и т.д.

Поэтому нами была изучена динамика процесса перекисного окисления липидов и содержание антиоксидантов при набухании семян пшеницы, а также генерация продуктов ТБК в проростках пшеницы в течение первых дней проращивания и накопление продуктов ПОЛ в проростках после ультрафиолетового облучения семян.

Известно, что процесс набухания семян и последующий рост проростков и корней, сопровождаются активацией аэробных ме-

156

Роль пероксидазы в действии антиоксидантной системы растений

таболических процессов. Условиями для прорастания всех семян являются достаточная влажность, доступ кислорода и благоприятная температура [Николаева и др., 1985]. По мере поступления воды в семена в них активизируются метаболические процессы. Причиной положительного влияния кислорода на прорастание семян может быть активизация и поддержание на достаточном уровне процессов дыхания, а также активное окисление веществ, тормозящих процесс прорастания [Якушкина, 1993]. Поступающий в митохондрии кислород инициирует протекание окислительного фосфорилирования, обеспечивающего синтез АТФ, наличие которого будет определять интенсивность анаболических процессов.<