РОЗДІЛ 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ДОСЛІДЖУВАННИХ ФІЗІОЛОГО-БІОХІМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ
Аскорбінова кислота
До низькомолекулярних компонентів системи антиоксидантного захисту рослин відносяться аскорбінова кислота, токоферол, глутатіон, поліфеноли, каротиноїди і інші речовини.
L-Аскорбінова кислота (аскорбат, вітамін С) - необхідна речовина, яка знаходиться у великій кількості в рослинних тканинах і відіграє дуже важливу роль. Вона робить істотний вплив на деякі фізіологічні процеси рослин, включаючи зростання, диференціацію тканин і органів і метаболізм. Функція аскорбату - відновлення багатьох вільних радикалів і мінімізація руйнувань окисного стрессу.
Її синтез відбувається в цитозолі з D-глюкози в кілька стадій.
Спочатку відбувається окислення 1С атома глюкози, потім - формування подвійного зв’язку між 2 і 3 атомами С.
Як антиоксидант аскорбат реагує з супероксидом кисню, перекисом водню і радикалом токоферолу, при цьому окислюючись до монодегідроаскорбінової кислоти (МДГА) або до дегідроаскорбінової кислоти (ДГА). Окислені форми перетворюються в аскорбат за допомогою редуктаз МДГА і ДГА відповідно. У першому випадку використовується відновлювальний еквівалент NADPH + H +, а в другому - глутатіон.
Аскорбінова кислота може прямо (без апофермента) і як кофактора аскорбатоксидази інактивувати вільні радикали, виконуючи подібну роль з супероксиддисмутазою:
О2 + 2Н+ + аскорбат → 2Н2О2 + ДГА,
а також побічно брати участь в детоксикації, відновлюючи окоферол.
|
|
|
Вітамін С знайдений в хлоропластах, цитозолі, вакуолях і позаклітинних компартментах клітини. У клітинній стінці міститься аскорбатоксидаза, що каталізує реакцію з синглетним киснем 1О2:
1О2 + Н + + 2аскорбат → 2ДГА + 2Н2О
У хлоропластах мезофілу листа знаходиться близько 20-40% аскорбату. Там же містяться всі ферменти регенерації відновленої аскорбінової кислоти з окислених форм. Було з’ясовано, що Н2О2 знешкоджується в хлоропластах в аскорбат-глутатіоновому циклі за участю аскорбатпероксидази. При дії стресових умов на рослину за рахунок віддачі електронів аскорбату на апофермент можливо посилення її активності, що дозволяє клітинам протистояти посиленню окисного стресу і знешкоджувати АФК. Ферменти циклу присутні також і в цитозолі.
Цей цикл має найбільше значення для хлоропластів. У процесі фотосинтезу утворюються синглетні молекули і супероксиди кисню з триплетних. Вони мають високу реакційну здатність і окислюють ліпіди мембрани до перекисів, дестабілізуючи її.
Одна з функцій цього шляху - детоксикація Н2О2, яка може брати участь в реакції Фентона. Друга - окислення NAD (P) H.
Глутатіон
Глутатіон - це маленький пептид, що складається з трьох амінокислотних залишків (γ-Глу, Цис, Глі), м-глутамілцистеїнілгліцин. Незвичайний структурний елемент молекули - амідний зв’язок, утворений взаємодією амідної групи цистеїну і γ-карбоксильної групи глутамінової кислоти.
|
|
|
Синтез глутатіону з глутамату, цистеїну та гліцину є АТФ-залежним, двохстадійним процесом. Перша реакція утворення γ-Глу-Цис з глутамату і цистеїну каталізується γ-глутамілцістеінсінтетазою, яка кодується gsh1 геном. Реакція, що каталізується цим ферментом, розглядається в якості лімітуючої стадії синтезу глутатіону. Друга стадія синтезу глутатіону з γ-Глу-Цис і Глі каталізується глутатіонсинтетазою, яка кодується геном gsh2. Важливість глутатіону в клітині визначається його функціями. Він захищає тіольні групи білків, інактивує радикальні частинки, руйнує перекисні сполуки, реагує з активними формами кисню. Він може стабілізувати мембранні структури, видаляючи ацильні перекиси, що утворюються в ході ПОЛ. При цьому відновлена форма глутатіону Г-SH перетворюється на окислену ГS-SГ. Відновлюється окислений глутатіон під дією ферменту глутатіонредуктаза (ГР).
Глутатіон є кофактором ферментів глутатіонпероксидази (ГП)-відновлює H2O2 до води при окисленні глутатіону:
|
|
|
2G-SH + H2O2 → GS-SG + 2H2O
і глутатіонредуктази (ГР), яка постійно знаходиться в клітині в активному стані, каталізує відновлення окисленого глутатіону за участю НAДФH + H +:
НAДФH + H + + ГS-SГ → 2Г-SH + НAДФH +.
Глутатіон бере участь у відновленні дегідроаскорбінової кислоти в аскорбінову в аскорбат-глутатіоновому циклі:
Дегідроаскорбат + 2Г-SH → аскорбат + ГS-SГ
Глутатіон також може відновлювати дегідроаскорбінову кислоту без апофермента при рН > 7 в клітині і концентрації глутатіону > 1 мМ.
Здатність глутатіону перехоплювати вільні радикали обумовлює його протидію окислювальному стресу (GSH-пероксидази використовуються в процесі регенерації перекисів ліпідів). Крім того, в умовах стресу, викликаного важкими металами, рослини синтезують білки, що зв’язують метали, такі як фітохелатини. Наявність γ-Глу зв’язку в цих пептидах свідчить про те, що вони не синтезуються через мРНК, а використовують молекули глутатіону в якості мономерів. Це зменшує пул ГSH.
Зниження кількості відновленого глутатіону може також спостерігатися в результаті нестачі глутатіонредуктази та/або зниження швидкості синтезу. Це може призводити до сильних клітинних пошкоджень. Зменшення пулу відновленого глутатіону може свідчити про його окислення до ГSSГ, що каталізується важкими металами, або використанні GSH-пероксидази в процесі ферментативної регенерації перекисів ліпідів.
|
|
|
Використання ГSH в антиоксидантному захисті у різних видів може відбуватися за різними механізмами: з переважанням процесів його ресинтезу або активної участі в окисно-відновних процесах. Другий механізм метаболізму є більш уразливим, тому що в умовах стресу при забрудненні ресурс глутатіону виснажується. Це може призвести до порушення функціонування глутатіонзалежної антипероксидної системи клітин.
Ще один фермент, який бере участь у виконанні цитопротекторних функцій глутатіону, це глутатіон S-трансфераза. Він грає важливу роль у рослин для нормального розвитку в стресових умовах. Цей фермент каталізує кон’югацію ендогенних або екзогенних електрофільних субстратів з глутатіоном. Далі кон’югат транспортується в вакуоль.
Показано, що даний фермент втягується в механізми стійкості рослин до різних біотичних і абіотичних факторів, в тому числі і дії ТМ. Не менш важливий і процес деградації глутатіону. Всього є 2 шляхи розпаду. Вони мають два спільних фермента і по одному специфічному.
Основний починається з розриву зв’язку цистеїном і гліцином глутамілранспептидазою, при цьому переноситься залишок глутамату на акцептор:
γ-Глу-Цис-глі + акцептор → γ-Глу-акцептор + Цис-глі,
а дипептид, що залишився, розщеплюється глутамілциклотрансферазою:
Цис-глі → Цис + глі
γ-Глутамат з акцептором перетворюється в 5-оксопролін:
γ-Глу-акцептор → 5-оксопролін + акцептор.
В альтернативному шляху спочатку відбувається відщеплення гліцину за допомогою глутамілциклотрансферази, а розщеплення дипептиду, що залишився, GSH-специфічною карбоксипептидазою:
γ-Глу-Цис-глі → γ-Глу-Цис + глі
γ-Глу-Цис → 5-оксопролін + Цис
Остання стадія перетворень однакова в обох шляхів. 5-оксопролін під дією 5-оксопролінаси переходить в глутамат:
5-оксопролін → Глу.
Наявність альтернативного шляху розщеплення глутатіону у рослин має дуже велике значення. γ-Глу-Цис - найбільш загальний інтермедіат при синтезі і розпаді трипептидів. Таким чином, він може бути використаний як ділянки регуляції вмісту GSH в клітинах. Так само дипептид використовується при синтезі фітохелатинів.
РОЗДІЛ 4. ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 84; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!