WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 33 | 34 || 36 | 37 |   ...   | 58 |

Они образуются из неактивных предшественников, в результате их гидролиза или расщепления с участием ферментов аллиназ или аллиинлиаз (рис. 95). В формировании характерного лакриматорного запаха лука принимают участие 4 предшественника алкицистеин-сульфоксида: S-метил, S-пропил, S-этил-L-цистеинсульфоксид и главный компонент s-транс-проп-I-енил-L-цистеинсульфоксид [Collin et al., 1986]. При их гидролизе образуется летучее лакриматорное (слезоточивое) соединение, аммиак и пируват. Синтез 3-х предшественников запаха лука S-метил, S-пропил, S-этил-Lцистеинсульфоксидов происходит из серина, тогда как главный предшественник S-транспроп-I-енил-L-цистеинсульфоксид - из валина и цистеина [Collin et al., 1986].

Предшественники веществ, обладающих характерным запахом, и фермент аллиназа, катализирующий процесс образования лакриматорных продуктов, расположены в разных компартментах клетки: аллиназа - в вакуоли, а предшественники - в цитоплазме. Очевидно, Рис. 95.Образование летучих вешеств запаха лука и чеснока.

что реакция, в результате которой образуются вещества этого запаха, происходит только при разрушении клеток. В культуре ткани синтез предшественников не идет, очевидно, изза отсутствия необходимых структур. Как только такие структуры появляются в цитоплазме при дифференцировке клеток, начинается их синтез. Предполагают что местом синтеза предшественников лакриматорного запаха являются мелкие везикулы и может быть пластиды [Сollin et al.,1986].

Среди компонентов выделений при стрессе могут быть и белки, освобождаемые из клетки в результате повреждения или стимуляции особого секреторного механизма, а также белки, образуемые в ответ на действие неблагоприятного фактора. Окислительные системы растений часто включают в секретах оксидазы, например железистые волоски Bтипа дикого картофеля Solanum berthaltii Hawkes, содержат полифенолоксидазу [Kowalski et al., 1992]. В настоящее время рассматривается учение о стрессовых белках, возникающих у растений и животных при разных неблагоприятных факторах. У растений наиболее подробно изучены белки температурного стресса (молекулярная масса 80-95 кДа для растворимых белков и для связанных с гранулами- 70 и 80 кДа, хотя выделены белки с большим молекулярным весом) и обсуждаются механизмы их действия в самих растениях.

Существуют и так называемые травматические [Brandazza et al, 2004; Liu et al., 2010] и патоген-индуцированные белки [O’Leary et al., 2007]. Часто их объединяют под общим названием – группа белков патогенеза (pathogenesis-related group) [Datta et al., 1999].

Данных по анализу собственно секретов и экскретов немного по сравнению с литературой монографий по обнаружению и характеристикам стрессовых белков [Колесниченко и др, 2004; Косаковская, 2008], к которой читатель может специально обратиться. В данном разделе рассматриваются только случаи обнаружения стрессовых белков, найденных в выделениях растений.

Так при стрессах, вызванных внедрением патогена, экскретируются защитные белки [van Loon et al, 2006], в основном, гидролазы [Zoran, 2008]. Например, глюканаза и хитиназа выделяются клетками суспензионной культуры ткани нута Cicer arietinum при заражении грибом Ascochyta rabiei и тем самым разрушают фунгальную клеточную стенку [Vogelsang, Barz, I990]. Выделение этих ферментов не результат лизиса клеток, а часть секреторного механизма. В устойчивой к грибу линии нута хитиназная активность в 5 раз выше по сравнению с чувствительной линией. Напротив, у чувствительной линии активность -1,3-глюканазы в 3 раза выше, чем у устойчивой линии. Как показали опыты на мутантах, существует определенная связь между удерживанием в вакуоли и транспортом хитиназы в экстраклеточное пространство [et al., 1994 ]. В межклеточные пространства табака Nicotiana tabacum при инфекции вирусом табачной мозаики секретируются белки, обладающие как -1,3-глюканазной активностью, так и хитиназной, что было обнаружено с помощью антител против этих белков. Полагают, что они также играют важную роль в иммунитете растения [Hosokava, Ohashi, 1988]. В культуре ткани табака относящиеся к патогенезу белки выделялись в наружную среду суспензии клеток при стрессе, вызванном заражением вирусом табачной мозаики или салициловой кислотой или фитогормонами ИУК и гиббереллином и др. [Ohashi and Matsuoka, 1987]. Защитные белки филлопланины выделяются железистыми волосками на аэрируемую поверхность листьев табака [Shepherd et al., 2005]. Кислый и основной травматические белки найдены в каплях выделений пыльцы у гибридного тисса Taxus [O’Leary et al., 2007]. Считается, что такие белки участвуют в защите от повреждения яйцеклетки.

Введение генной инженерии в практику исследований корневых выделений позволило изучать секрецию корнями табака Nicotiana tabacum рекомбинантных белков путем использования инокуляции Agrobacterium [Gaume et al., 2003]. Это - новое направление в использовании стрессовых агентов для стимуляции развития ризосферы в практике гидропонной культуры.

6.2.9. Производные липидов и жирных кислот К стрессовым метаболитам можно отнести ряд продуктов метаболизма жирных кислот и липидов, многие из которых имеют двойные и тройные связи. К ним можно отнести и продукты перекисного окисления. Перекисное окисление начинается только в том случае, если в системе появляются свободные радикалы. Своеобразие реакции перекисного окисления состоит в его свободно-радикальном цепном характере. В ходе цепного окисления липидов первичными молекулярными продуктами являются перекиси. К вторичным продуктам окисления липидов относятся спирты, эпоксисоединения, альдегиды, кетоны, кислоты, кетоэфиры и другие соединения. Липидные перекиси обладают высокой химической активностью и оказывают отрицательное действие на живые организмы. Среди конечных продуктов перекисного окисления липидов значительную часть составляют низкомолекулярные легколетучие углеводороды этан, этилен, пентан, пентен и пентан, гексаналь, этан и этилен [Roshchina V.V., Roshchina V.D., 2003]. Состав их зависит от природы соединений, подвергшихся окислению.



Производные липидов и жирных кислот (алканы, алкены, кислоты, альдегиды, кетоны, спирты, простые и сложные эфиры) могут образовываться при механическом повреждении и изменении газового состава среды или просто освобождаются из компартментов при их разрушении. Первому вопросу посвящена работа Уоллбэнка и Уити [Wallbank, Wheatey, 1976], в которой исследовался химический состав цветной капусты Brassica oleracea, турнепса Brassica гара и редиса Raphanus sativus. Вакуумные экстракты из интактных растений содержали малое количество только одного компонента — гексенилацетата. В разрушенных листовых тканях тех же объектов преобладающим компонентом был цис-гексенил ацетат. Кроме того, были идентифицированы и другие компоненты — ацетон, метанол, гексилацетат и т. д.

С участием фермента липооксигеназы из жирных кислот образуются стрессовые кислоты, такие как 12-оксо-транс-I0-додеценовая и травматическая (Рис.96) [Zimmerman, Vick, 1989], которые предохраняют более глубоко лежащие клетки от проникновения патогенов.

Рис. 96. Стрессовые метаболиты, образуемые из липидов и жирных кислот При стрессе может увеличиваться количество стероидов, например сердечных гликозидов дигоксина и дигитоксина, молекула которых состоит из несахаристого агликона и сахаров (Рис.96). Основой агликона является тероидная циклопентанпергидрофенантреновая структура, часто связанная с ненасыщенным лактонным кольцом. Число сахаров (D-дигитоксоза, D-глюкоза, D-цимароза, L-рамноза и др.) в молекуле варьирует от одного до четырех. Исследования, проведенные [Stuhlfauth et al., 1987] у представителей семейства Scrophulariaceae, показали, что на синтез сердечных гликозидов оказывает влияние концентрация СО2. Так повышение содержания углекислоты в воздухе в 3 раза ведет к значительному (на 60%) общему увеличению их содержания у наперстянки Digitalis lanata. При этом особенно возрастает количество дигоксина - производного дигитоксигенина.

Среди стрессовых метаболитов, освобождающихся из компартментов клетки или секреторных ходов при повреждении особую роль играют ацетиленовые соединения и их производные (см. формулы на Рис. 26, глава 2). К ним относятся полиацетилены и тиофены [Bohlmann, 1973; I988], которые синтезируются из жирных кислот с участием липогеназы [Jente et al., 1988]. Тиофенов особенно много в секреторных выделениях корней бархатцев Tagetes patula и поэтому они обладают устойчивостью к поеданию личинками [Jente et al., 1990]. Более того, ацетилены и тиофены благодаря обилию тройных связей обладают и антивирусными свойствами [Hudson and Towers, 1988]. Для образования значительного количества тиофенов и их секреции необходима клеточная дифференциация ткани, что показано на клеточных агрегатах Tagetes patula, культивируемых в жидкой среде [Helsper et al., 1988].

6.2.10. Фитоалексины К группе стрессовых метаболитов относятся фитоалексины — соединения, которые аккумулируются в ответ на разнообразные травмы растительной ткани и играют ведущую роль в устойчивости растений к болезням [Haard, 1983; Hahn et al., 1989; 1992; Kuc, 1995;

Hammerschmidt, 1999; Merk-Trk, 2002]. Чаще всего накопление фитоалексинов происходит при инфицировании растений грибами или бактериями, а также при воздействии физических и химических факторов [Stoessl, 1982; Бейли, 1985]. Существует мнение [Мансфильд, Бейли, 1985], что фитоалексины, возможно, в следовых количествах, присутствуют и в здоровой ткани. Но это трудно доказать, так как невозможно определить, находится ли растение в состоянии стресса или совершенно здорово.

Синтез фитоалексинов индуцируется путем активирования синтезирующих их ферментов или образования их de novo. По этому признаку легко отличить фитоалексины от других антибиотических веществ, которые также могут выполнять защитную роль, но они содержатся в поврежденных тканях или образуются из неактивных предшественников путем простых реакций окисления или гидролиза [Деверолл, 1980].

Фитоалексины легко выделяются из листьев и могут быть составной частью растительных выделений [Brindle,Threifall, 1983]. Так после нанесения на лист капли воды Рис. 97. Формулы фитоалексинов со спорами гриба уже через несколько часов в ней обнаруживаются значительные количества фитоалексинов. На этом принципе основан метод капельных диффузатов для определения этих соединений. Сами фитоалексины синтезируются внутри листа, но часть их попадает («выталкивается») и на поверхность растения. Фитоалексины обнаружены также в корневых выделениях гороха Pisum sativum при выращивании гидропонным методом растений, инфицированных микроорганизмами [Novak, Stanek, 1986; Werner, Hohl, 1987], и во взвешенных каллюсных культурах ткани перца Capsicum annuum [Brooks et al., 1986].

Фитоалексины являются низкомолекулярными соединениями (молекулярная масса 250—600 Да), для которых характерно большое разнообразие молекулярных структуру.





Тип продуцируемого соединения обычно связан с вторичным метаболизмом, характерным для данного семейства. Таким образом, структура молекул фитоалексинов определяется исключительно растением, в котором они образуются [Деверолл, 1985].

Химические формулы некоторых хорошо известных веществ этой группы приведены на Рис.97.

К настоящему времени фитоалексины выделены из представителей более чем семейств. Растения семейства Orchidaceae образуют фенантрены (орхинол), Convolvulaceae — фуранотерпеноиды (ипомеаморон), Leguminosae — изофлавоноиды (фазеолин, пизатин), Solanaсеае — сесквитерпены (ришитин), Compositae — полиацетилены (сафинол), Umbelliferae — изокумарины (метоксимеллеин), Malvaceae — терпеноидные полифенолы (гемигоссипол) и т. д. При инфицировании листьев Hevea brasiliensis обнаружен кумарин — скополетин [Giesemann et al., 1986], в корневых выделениях сои Glycine soja — глициоллины (гидроксифазеолин) [Werner, Hohl, 1987; и др.] В обзоре Кемпа [Kemp, 1986] приводятся сведения о фитоалексинах и стрессовых метаболитах в заболони деревьев, которые возникают при гибели клеток паренхимы.

Стилбены — пиносильвин и его моноэтиловый эфир — образуются у сосен рода Pinus, инфицированных многими видами грибов, ресвератрол, оксивератрол — у шелковицы Morus, пораженной фузариозом, и др.

Не всегда стрессовые метаболиты представлены только одним химическим веществом. Чаще всего это смесь близкородственных соединений, что имеет определенный биологический смысл, так как затрудняет адаптацию к ним паразитарных организмов.

Например, из картофеля Solanum tuberosum было выделено около 10 сесквитерпеновых соединений, включая и ришитин. В тканях хлопчатника Gossypium обнаружено 7, соединений терпеноидной природы [Метлицкий, 1987]. Количественные соотношения между отдельными соединениями варьируют в зависимости от природы инфекции, физиологического состояния растений, времени и других факторов. Известны примеры, когда в растении в ответ на стресс синтезируются соединения, относящиеся к разным классам химических соединений. Так в плодах и листьях томатов Lycopersicon esculentum, зараженных Cladosporium fulvum, наряду с сесквитерпенами образуются полиацетилены [Watson et al., 1985]. В семействе Solanaceae основной класс стрессовых метаболитов — дитерпены, хотя образуются и стероидные алкалоиды [Haard, 1983]. В эксудатах 5недельных корней облепихи Hippophae rhamnoides после инокуляции актиномицетами рода Franka возрастает содержание и органических кислот и флавоноидов [Мекурина и др., 1990].

Накопление фитоалексинов, как уже указывалось, вызывают не только инвазия, но также разнообразные физические и химические стрессы [Haard, 1983]. К числу физических факторов, вызывающих накопление стрессорных метаболитов, относятся охлаждение, видимый свет, аноксия и разреженное атмосферное давление. Например, после кратковременной экспозиции срезов ткани на ультрафиолетовом свету происходит аккумуляция фуранотерпенов у сладкого картофеля Ipomoea batatas, дитерпенов— в срезах картофеля Solanum tuberosum, изофлавоноидов — в люцерне Medicago sativa и стручках фасоли Phaseolus vulgaris [Бейли, 1985]. Есть также убедительные доказательства, что широкий круг химических агентов может вызвать аккумуляцию стрессовых метаболитов.

Соли тяжелых металлов (меди или ртути) вызывают накопление ипомеамарона в Ipomoea batatas, ришитина — в Solanum tuberosum, фазеолина— в Phaseolus vulgaris [Бейли, 1985].

Актиномицин Д и другие ингибиторы синтеза белка могут быть также эффективными возбудителями образования стрессовых метаболитов в контролируемых условиях.

Метаболические ингибиторы, такие как ацетат и фторит натрия, детергенты, разнообразные сульфгидрильные реагенты и соли — дополнительные примеры химических агентов, способных вызвать синтез стрессовых метаболитов [Стозл, 1985].

Недавние исследования указывают, что разнообразные пестициды также индуцируют накопление фитоалексинов [Стозл, 1985]. Образование фитоалексинов вызывается водным стрессом (дефицитом влаги), если при этом повреждается ткань. В этих условиях в некротических участках листа гороха Pisum sativum обнаруживалось вещество, соответствующее пизатину, в листьях бобов Vicia faba обнаружен ряд фунгитоксических веществ и среди них — виерон и виероновая кислота. Таким образом, фитоалексины могут накапливаться в сильно поврежденных стрессом листьях [Piumbe, Willmer, 1985].

Хотя многие экстремальные факторы вызывают образование фитоалексинов, но химический состав и количество их, по-видимому, изменяется в зависимости от конкретного воздействия. В пользу этого мнения свидетельствуют работы [Vaverka, 1986], в которых с помощью различных факторов индуцировали образование фитоалексинов в листьях сои Glycine soja. При этом обнаружено, что содержание фазеолина, 6--оксифазеолина изменялось в зависимости от действующего фактора от 2 до 420 мкг/г.

Наибольшее количество фитоалексинов появлялось при индуцировании Pseudomonas glycinea, наименьшее — при механическом повреждении.

Фитоалексины образуются в здоровых клетках растений, которые примыкают к поврежденным участкам ткани. Затем фитоалексины или близкие их предшественники перемещаются в некротизированные ткани, где и накапливаются в токсических для паразита концентрациях [Бейли, 1985].

Pages:     | 1 |   ...   | 33 | 34 || 36 | 37 |   ...   | 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.