WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 || 19 | 20 |   ...   | 58 |

В составе эфирных масел обнаружены также небензойные ароматические соединения (рис.54), содержащие конденсированную систему из 5 и 7-членного циклов - азулены Рис.54. Азулены в железистых волосках растений [Хельбронер, 1963]. Хамазулен (1,4-диметил-7-этилазулен) выделен из ромашки Matricaria chamomilla L. [Reichling et al., 1979; 1983;1984] and Chamomilla reticuta (L.) Rauschert [Reichling et al., 1991]. Он найден также в эфирных маслах Artemisia princeps var. orientalis [Yun et al., 1994]. Прохамазулен обнаружен в соцветиях и железистых волосках тысячелистника Achillea millefolium [Stahl, Wollensah, 1985], а хамазулен найден среди летучей фракции эфирных масел Artemisia princeps var. orientalis [Yun et al.1994]. С помощью цитологических микрометодов показано, что прохамазулен находится именно в железистых волосках Achillea millefolium [Stahl, 1952;1953;1957] и их клетки в суспензионной культуре имеют те же системы синтеза терпенов [Figueiredo and Pais, 1994].Большинство азуленов окрашены в синий или сине-фиолетовый цвет (основные максимумы в спектрах поглощения 580, 640, 700 нм). Азулены найдены в пыльце ряда растений и вегетативных микроспорах хвоща полевого Equisetum arvense [Рощина и др., 1995; Roshchina, 2008], а также хлоропластах весенних листьев клевера Trifolium repens и хвои голубой ели Picea pungens [Roshchina, 1999; 2008]. Присутствием азуленов может объясняться и цвет голубой хвои (ранее такая окраска приписывалась пустотам эпидермальной ткани на фоне хлорофилла [Reicosky, Hanover, 1978]). Многие азулены обладают бактериостатической активностью [Хельброннер, 1963; Коновалов, 1995], а также способны регулировать прорастание пыльцы и вегетативных микроспор [Рощина и др., 1998 б; Roshchina, 2004; 2007a]. По некоторым данным[Rekka et al., 1996; 2002], механизм действия азуленов связан с участием в свободнорадикальных реакциях перекисного окисления липидов.

Зависимость химического состава эфирного масла от вида растений хорошо прослеживается (Табл.10) в опытах Дембицкого с сотрудниками [Дембицкий и другие, I982] на растениях рода Dracocephalum (змееголовника). У всех представителей рода на верхней поверхности листа располагаются в основном головчатые железы, а на нижней сторона листа-пельтатные и головчатые. Виды, относящиеся к этому роду, могут иметь Таблица 10. Состав секрета у разных видов змееголовника Dracocephalum.

Вид Главные компоненты секрета Dracocephalum Сecквитерпеновые углеводороды (главным образом гермакрен Д и соединения, grandiflorum близкие к гратиссимену) D. natans -“D. scrobiculatum -“D. nodulosum Моноциклические терпены (1,8-цинеол, n-цимол) и бициклические соединения ряда пинана (Е-пинокафон. изопинокамфон) D. foetidum Ациклические кислородсодержащие соединения (гераниаль, гераниол, геранилацетат), продукты окисления лимонена с образованием специфического альдегида n-мента-1,8-диеналя-10 или ацетата n-мента-1,8-диенола-D. moldavica -“D. heterophyllum -“ сходный состав секрета, как у D. grandiflorum, D. natans и D. scrobiculatum, cecквитерпеновые углеводороды, которые представлены главным образом гермакреном Д и соединениями, близкими к гратиссимену или существенно отличаться, как у D.

nodulosum, у которого эфирное масло состоит, главным образом, из моноциклических терпенов: 1,8-цинеола, n-цимола и бициклических соединений ряда пинена (Епинокамфон, изопинокамфон). Виды D. foetidum, D. moldavica, D. heterophyllum имеют сходный состав секрета, характеризующийся наличием ациклических кислородсодержащих соединений (гераниаль, гераниол, геранилацетат) и продуктов окисления лимонена с образованием специфического моноциклического альдегида nмента-1,8-диеналя-10 или ацетата n-мента-1,8-диенола-10, чем отличаются от всех других исследованных видов. Таким образом, разные виды одного и того же рода могут иметь сходный состав компонентов эфирного масла, но могут иметь и существенные отличия в наборе веществ этого секрета.

Таксономические особенности растений часто определяют состав и количество каких-либо компонентов эфирного масла [Fahn, 1979]. В розовом масле у дамасской розы Rosa damascena Mill. (cем. Rosaceae) 50-60% составляет гераниол, 25-30 % цитронеллол и до 10 % нерол, тогда как у лаванды Lavandula spica L. (сем. Lamiaceae) основные компоненты - сложные эфиры линалоола и уксусной, масляной, валериановой и капроновой кислот. Лимонное масло лимона Citrus limon Burm. (сем.Rutaceae) включает до 95% лимонена, у семейства Lamiaceae масло мяты Mentha piperita L. обогащено ментолом до 70 %, а масло шалфея Salvia officinalis L. – до 15 % цинеолом.

Представление о количестве эфирного масла могут дать следующие цифры. В цветках розы Rosa species эфирного масла содержится по весу 0,075%, в лепестках акации Асасiа farnesiana - 0,084, у жасмина Jasminum grandiflorum - 0,4-0,05% [Fahn, 1979].

Количество разных терпенов исчисляется десятками разных видов в одном и том же секреторном волоске, и число индивидуальных веществ достигает 150-270. Концентрация терпенов в трихомах варьирует от 0 до 20% сухой массы растения [Kelsey et al., 1984].

Динамика содержания эфирного масла в растениях варьирует: часто максимум его накопления приходится на цветение, иногда на период бутонизации или еще раньше – до появления бутонов. При этом изменяется не только количество масла, но и его качественный состав. Содержание эфирного масла зависит также от почвы, климатических условий и времени года, влажности и возраста растений.



В большинстве случаев все части растения содержат масла одного состава.

Установлено также, что одни и те же органы, например листья, в зависимости от положения на растении содержат эфирные масла, отличающиеся по составу и соотношению компонентов [Zafra-Polo et al., 1988 a,b]. Но, бывают случаи, когда различные органы растения имеют железистые волоски с эфирными маслами, резко отличающимися по составу. По данным Вагнера [Wagner, 1991], железистые волоски с эфирными маслами у шалфея Salvia dominica на стадии цветения содержат, главным образом, линалоол (15,3 % в листьях, 24,6 % – в чашечке цветка и 16, 6 % – в венчике). У другого вида того же рода S.sclarea преобладают сесквитерпены (до 70,2 % - в листьях), тогда как в чашечке цветка – линалоол (32 %) или линалилацетат (44%). Содержание эфирного масла зависит и от возраста растений, климатических условий и времени года.

Отдельный вопрос для изучения секреторной функции растений – генетические особенности видов, в частности плоидность клеток. А.М.Бугара и Л.В.Русин [1988] обнаружили, что роды мята Mentha L., шалфей Salvia L., лаванда Lavandula L., герань Geranium L. имеют клетки секреторного типа с разным уровнем плоидности (число наборов хромосом в клетке – 1с одиночный, 2 с двойной и т.д.). У мяты и лаванды отмечена плоидность 2 с и 4 с, у шалфея -- 2 с, 4 и 8 с, у герани 4 с и 8 с. Увеличение содержания ДНК в секреторных клетках является результатом эндорепродукции, происходящей на заключительных этапах дифференциации клеток после серии последовательных митозов. В клетках секреторного типа с уровнем плоидности 4 с и 8 с интенсивность транскрипции и синтеза белка, а также секреторная активность выше, по сравнению с клетками, содержащими 2с ДНК.

Попытки выяснить пути синтеза терпенов в секреторных клетках были предприняты в ряде исследований. На основании данных, полученных на изолированных трихомах, которые были способны синтезировать монотерпены из самых ранних предшественников [Dell, McComb, 1978b] была составлена схема путей биосинтеза терпенов (Рис.55).

Терпеноиды образуются из мевалоновой кислоты, синтезированной из притекающих в лейкопласты cахаров. В дальнейшем из мевалоновой кислоты образуются фосфорилированные промежуточные соединения: сначала изопентилпирофосфат (активный изопрен), из которого происходят все изопреноидные соединения. Путем конденсации молекул изопентилпирофосфата образуются соединения, содержащие от двух до нескольких тысяч изопреновых единиц. В биосинтезе секреторных терпеноидов используется АТР как источник энергии и донор фосфатов. Биосинтез C5-Cтерпеноидных соединений рассматривается в обзорных публикациях [Боннер, 1968; Cori, 1983; Beale,1991; Пасешниченко, 1987; 2001; Miziorko, 2011]. 1-Деокси- D-ксилозо-5фосфатный путь биосинтеза изопреноидов описан Лихтенталером [Lichtenthaler, 1999].

Подробные представления о ферментах мевалонатного пути синтеза изопреноидов и Рис.55. Пути образования терпенов из мевалоновой кислоты. Составлено по схемам из работ [Dell, МcComb, 1978; Хелд, 2011] отклонениях от основных путей биосинтеза представлены в обзоре Миозирко [Miziorko, 2011].

Большинство исследователей считают, что все этапы биосинтеза терпенов протекают в самих секреторных клетках [Васильев, 1977; Croateau, Johnson, 1983]. Об этом свидетельствуют ряд экспериментов. Кандра и Вагнер [Kandra, Warner, 1988] для определения мест синтеза основных компонентов эксудата железистых волосков Nicotiana tabacum использовали изолированные головчатые волоски и полоски эпидермиса без железистых волосков (Табл.11). Через 20 ч экспозиции в водных растворах радиоактивно меченых сахарозы, глюкозы, ацетата и СО2, определяли включение метки в два главных компонента эксудата – дуватриендиол дитерпены и в эфиры сахарозы. Метка включалась (табл.11) в оба компонента, находящихся и в изолированных головках желез, Таблица 11. Места биосинтеза компонентов эксудата на свету в ткани средней жилки Nicotiana tabacum [Kandra, Wagner, 1988].

Ткань Дуватриендиол Эфиры (% включения метки) Изолированные железистые 0,06 0, головки Эпидермис с головчатыми 1,93 0,железами Эпидермис без головчатых желез 0,0 0,Субэпидермальная ткань 0,0 0,так и в железистые головки на эпидермисе. Это доказывает, что местом синтеза основных компонентов железистых волосков являются сами железистые волоски, а источником углерода им служат СО2 и моносахариды. Экстракция содержимого железистого волоска выявила, что в основном все циклазы и гидроксилазы находятся в железистых структурах, и 30% карвеоловой дегидрогеназы также локализуется в железистом волоске. Поэтому полагают, что биосинтез карвонов происходит исключительно в железистых волосках, в которых этот природный продукт и накапливается. Считают, что синтез монотерпенов регулируется фитохромом [Tanaka et al., 1989].

Железистые волоски шалфея Salvia officinalis и пижмы Tanacetum vulgare cодержат ферменты синтеза терпенов (+) и (-) борнилпирофосфат циклазу, 1,8 - цинеол циклазу, гумилен циклазу, (+) сабинен гидроксилазу и кариофиллен циклазу [Gеrshenzon et al., 1987]. Главным монотерпеном, накапливающимся в железистых волосках мяты Mentha spicata, является кетон (-) карвон (рис.53), который образуется циклизацией Cизопреноидного интермедиата геранилпирофосфата до олефин (-) лимонена, гидроксилированием до (-) трис-карвеола и последующим дегидрированием, а затем собирается в железистом волоске [Gershenzon et al., 1989; Gersbach. and Dudareva, 2002].





Внутриклеточная компартментация синтеза терпенов может осуществляться в разных участках клетки. Предполагается [Васильев,!977], что этот биосинтез осуществляется на мембранах агранулярного ретикулюма, который обеспечивает необходимую поверхность для размещения ферментов биосинтеза. При этом допускается участие гиалоплазмы и матрикса органелл. Получены также данные о синтезе терпенов в специализированных пластидах, где обнаружен фермент фитоенсинтетаза [Camara, 1984]. Такими пластидами являются большие лейкопласты амебоидной структуры, которые имеют только несколько внутренних мембран и их строма лишена рибосом [Bernard-Dagan et al., 1982].

Лейкопласты широко распространены в железистых клетках. В интактном виде их выделили Бернар-Даган и др. [Bernard-Dagan et al., 1982] из кожуры Citrofortunella mitis и показали, что везикулы лейкопластов синтезируют монотерпены из изопентилпирофосфата. Поскольку мембрана лейкопласта связана с эндоплазматическим ретикулюмом, терпеноиды могут проходить из мест их синтеза — наружной пластидной оболочки — к месту их аккумуляции — экстраплазматическому пространству, расположенному между целлюлозной оболочкой и кутикулой. Образование монотерпенов происходило в лейкопластах, связанных с эндоплазматической сетью и в культуре клеток винограда сорта Мускат [Dell, McComb, 1978b]. В них синтезировались монотерпены (С10) линалоол, гераниол, цитраль, цитронеллол, концентрации которых изменялись в процессе развития пластид.

В обзоре Грея [Gray, 1987], посвященного синтезу изопреноидов, приводятся данные о том, что ацетил-КоА образуется в пластидах, митохондриях и цитозоле. Мевалонат же синтезируется в хлоропластах, микросомах, возможно и в митохондриях, а изопентилдифосфат - в хлоропластах, микросомах и митохондриях.

Локализация фермента гидроксилглутарил СоА-синтетазы, важного в метаболическом пути синтеза терпенов, показана на осмофорах тропического растения Stanhopea anfracta (сем. Orchidaceae) [Curry, 1987]. Он найден в гладком эндоплазматическом ретикулюме между внутренней и наружной мембранами митохондрии и в мембранах пластид. Позднее у другого объекта Gongora truncata, обнаружили метилглутарил-КоА-синтетазу в гладком эндоплазматическом ретикулюме, между внутренней и внешней мембранами амилопластов и между внутренней и внешней мембранами митохондрий [Curry et al., 1989].

Особую роль играют окруженные мембраной масляные тельца, которые обладают многими ферментами биосинтеза изопреноидов и могут также участвовать в биосинтезе терпенов [Suire et al., 2000].

Для синтеза терпеноидов большое значение имеет степень дифференциации клеток.

На культуре клеток ткани Pelargonium fragrans показано [Brown et al., 1987], что недифференцированные ткани этой культуры продуцируют всего 3% терпеноидов в виде эфирных масел по сравнению со сформированными листьями растения. Культура тканей рода Citrus также не образует летучих масел, состоящих из монотерпенов, которые выделяют целые растения [Charlwood et al., 1986].

Зависимость синтеза компонентов эфирного масла от анатомической дифференциации показано [Cotton et al., 1991a] на культуре клеток Artemisia dracunculus.

На стадии недифференцированной культуры в первое время основным компонентом является фенилпропен (аллиланизол) затем появляется метилэвгенол, анетол, эвгенол, хавикол. В таких культурах часто аллиланизол и метилэвгенол преобладают и их синтез ингибируется в присутствии -нафтилуксусной кислоты и бензиламинопурина [Cotton et al., 1991b]. Компоненты эфирного масла культуры ткани показаны на рис. 56.

Рис.56. Компоненты эфирного масла в культуре ткани Artemisia dracunculus. 1- аллиланизол, 2 – метилэвгенол, 3-анетол, 4 – эвгенол, 5- хавикол.

Этому же вопросу посвящены исследования Бергера с сотрудниками [Berger et al., 1990]. В интактных растениях они обнаружили 41 компонент эфирных масел, которые представляли собой главным образом монотерпены. У фотомиксотрофного каллюса этого растения, выращенного на свету, продукция терпенов начиналась только через 48 часов.

Терпены были представлены 11 видами монотерпенов и 5 сесквитерпенов. Гетеротрофный каллюс (выращен в темноте) был лишен дифференцированных пластид и компонентов эфирного масла. Таким образом, корреляция между светоиндуцированной дифференциацией пластид и синтезом эфирного масла была подтверждена.

В недавнее время начаты исследования генетических механизмов образования компонентов эфирных масел [Lange and Croteau, 1999]. Методами генной инженерии сделаны попытки регулировать их образование и накопление у хозяйственно ценных и лекарственных видов - цитрусовых растений и мяты [Lange and Croteau, 1999; Mahmoud and Croteau, 2001; 2002; Wildung and Croteau, 2005]. Эти исследования предполагают внедрение в обычный клон или сорт того или иного гена, котролирующего синтез ферментов отдельных этапов биосинтеза терпенов, например лимонена [Mahmoud et al., 2004].

Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 || 19 | 20 |   ...   | 58 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.