WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 36 | 37 || 39 | 40 |   ...   | 58 |

Пыльца сама выделяет значительное число летучих и не летучих метаболитов, и таким образом участвует в механизме химической защиты. При этом пыльцевые зерна обладают противогрибковой активностью, как например, у многих видов семейства Asteraceae, в частности Parthenium hysterophorus [Char and Bhat, 1975] или аллелопатической активностью, влияя на развитие чужеродной пыльцы [Muphy, 1992;

1999; 2007; Roshchina et al., 2008, 2009]. В последнем случае влияние на прорастание чужеродной пыльцы может быть как ингибирующим, так и стимулирующим.

7.1.3. Деструктивные изменения клеток.

Если действие растительных экскретов вследствие высокой концентрации или содержания ядовитых веществ превышает определенный предел, то в клетках наблюдается не только остановка роста, но и ингибирование важнейших физиологических функций, в конечном итоге приводящих к деструктивным изменениям.

Легко наблюдаемым функциональным нарушением клеток является изменение скорости движения цитоплазмы и клеточных органелл. Проведенные исследования [Рощина, 1965] показали, что растительные экскреты способны замедлять или ускорять движение хлоропластов, индуцированное светом (фотодинез), в листьях элодеи.

Наблюдаемый эффект зависел от химической природы растительных выделений, их концентрациии продолжительности воздействия. Изменение подвижности органелл является, по-видимому, следствием блокирования или стимуляции, генерирующих энергию процессов [Рощина В. Д., Рощина В. В., 1977]. Задержка движения может иметь и другое происхождение, поскольку показано [Рощина, 1974], что пары раздробленных тканей вызывают необратимое повышение вязкости, которому иногда предшествует кратковременное ее снижение.

Наряду с изменением подвижности структур первым свидетельством патологических нарушений в клетке является повышение проницаемости мембран. Нарушение «барьерной» функции ведет к выходу многих веществ из окруженных мембранами компартментов. Примером могут служить модельные опыты, в которых изучалось действие водорастворимых выделений листьев 32 видов древесных пород (Рощина В. Д., Рощина В. В., 1970; Рощина, 1974]. В качестве модели использовали живую ткань корнеплода красной свеклы Beta vulgaris f. rubrа, при повреждении которой наблюдается выделение пигмента клеточного сока — бетацианина. Из исследованных видов растений экзоосмос пигмента вызывали только 14 (табл. 38), из них 7 — очень значительный.

Скорость выхода пигмента зависела от силы повреждающего действия, что дает возможность судить о степени токсичности вытяжек. Повреждение мембран в опытах, повидимому, вызывали вещества полифенольной природы, так как сила их повреждающего действия коррелировала с содержанием веществ этой группы [Рощина, 1974]. Однако проницаемость тонопласта для бетацианина стимулировали и такие компоненты выделений растений, как ацетилхолин, серотонин и гистамин [Roshchina, a].Нарушение структуры мембран ведет к изменению водопоглощающей способности клеток. Водные настои листьев указанных выше видов растений в большей или меньшей мере снижали способность растительной ткани поглощать воду [Рощина, 1974].

Действующим началом вытяжек из листьев древесных пород были фенолы. Исследовано также влияние индивидуальных фенолов разной структуры, отличающихся прежде всего по количеству и положению оксигрупп в бензольном кольце. Наибольшей токсичностью, как оказалось, обладают фенолы с орто- расположением гидроксилов, тогда как мета- Таблица 38. Экзоосмос красного пигмента бетацианина из дисков корнеплода Beta vulgaris f. rubra, вызванный водорастворимыми выделениями листьев древесных растений (оптическая плотность) [Рощина В.

Д., Рощина В. В., 1970; Рощина, 1974] Растение Выход пигмента Растение Выход пигмента Betula verrucosa 0,Fraxinus pubescens 0,Sorbus aucuparia 0,249 Quercus robur 0,Cotinus coggygria 0,219 Tilia cordata 0,Rhus typhina 0,186 Ulmus leavis 0,Padus racemosa 0,420 Sambucus racernosa 0,Acer campestre 0,187 Syringa vulgaris 0,Populus nigra 0,609 Контроль (вода) 0,Corylus avellana 0,соединения значительной активности не проявляют. Сила воздействия фенолов на проницаемость мембран для пигментов вакуолярного сока и водопоглощающую способность изменялась также при введении в молекулу функциональных групп и зависела как от химической природы этих групп, так и от их расположения в бензольном кольце.

Наиболее сильно повышалось токсическое действие фенолов при включении в их молекулу карбоксильной группы.

Важным критерием патологического состояния клетки являются видимые изменения поверхности протопласта. С помощью приспособления к микроскопу удалось проследить за морфологическими изменениями, наступающими в в плазмолизированных клетках эпидермиса чешуи синего лука при обработке их парами измельченных листьев черемухи Padus racemosa, рябины Sorbus aucuparia и луковицы чеснока Allium sativum (Рощина, 1974]. Летучие соединения этих растений, как правило, не вызывали разрывов плазмалеммы, она чаще всего постепенно растворялась. Иногда клеточная мембрана образовывала вакуоли, что также свидетельствовало о значительном повреждении клеточной поверхности. Взаимодействие цитоплазмы испытуемой клетки с летучими веществами листьев вызывало в ней глубокие изменения, сопровождающиеся набуханием.

Патологические нарушения захватывали и ядро, которое также набухало и увеличивалось в размерах. В нем появлялись разного рода включения, ясно очерчивались ядрышки.

Изменения постепенно достигали тонопласт, который разрывался, и клеточный сок изливался наружу; После отмирания клеток протопласт или распадался на мелкие зернышки и пузырьки и рассеивался по всей клетке, или коагулировавшая цитоплазма сохраняла свою форму. В последнем случае происходило явление, напоминавшее фиксацию, что объясняется, по-видимому, инактивированием ферментов гидролиза, особенно протеаз, разрушающих цитоплазму, после ее отмирания. Сильнейшие внутриклеточные нарушения и разрушения мембран, окружающих ядра, митохондрии и диктиосомы, на срезах корешков различных растений наблюдали Лорбер и Муллер [Lorber, Muller, 1976] при действии паров растертых листьев шалфея Salvia leucophylla. В некоторых работах отмечались желатинизация ядер и цитоплазмы травянистых растений под влиянием паров измельченных луковиц Allium сера и Allium sativum, разрушение и обесцвечивание хлоропластов в листьях элодеи Elodea и традесканции Tradescantia при действии измельченных листьев борщевика Heracleum [Часовенная, 1961] и другие нарушения цитоплазмы и клеточных органелл. Изолированные хлоропласты при помещении в настои из листьев, содержащих фенолы, сморщиваются, изменяют форму и агглютинируют.



Изменение структурной организации вызывается способностью фенолов и их производных взаимодействовать с белками. Они инактивируют и ферментные системы хлоропластов, что одновременно с нарушением структуры приводит к подавлению реакций фотосинтеза [Рощина, 19736].

На основе приведенных выше результатов были разработаны [Рощина, 1965, 1974] новые биологические тесты для определения активности растительных выделений по изменению скорости движения хлоропластов, нарушению пограничных цитоплазматических мембран и изменению водоудерживающих сил клеток.

7.2. КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ КАК МИШЕНИ ДЕЙСТВИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЭКСКРЕТОВ Механизм действия растительных выделений на субклеточном и молекулярном уровнях находится в самом начале изучения. Этому вопросу посвящены единичные экспериментальные работы, поэтому материал данного раздела представляет собой скорее схему направлений будущих поисков, чем конкретные достижения, которые получены в основном физиологами животных при решении других задач, но могут быть привлечены и к рассматриваемой проблеме.

Одной из главных мишеней действия прижизненных и стрессовых компонентов растительных экскретов в клетках животных, растений и микроорганизмов являются клеточные мембраны, основные составляющие которых липиды и белковые комплексы [Houslay, Stanley, 1982]. Среди последних имеются комплексы переносчиков электронов митохондрий и хлоропластов, например цитохром f(c)/b6 комплекс, пигмент—белковые комплексы реакционных центров хлоропластов [Barber, 1984], комплексы белков, образующих ионные каналы и (или) рецепторы, транспортные К+-Nа+-АТРазы и АТРазы сопрягающих мембран и другие ферментные системы (Болдырев, 1985].

Рис. 102. Мишени действия растительных экскретов на мембраны.

Предполагают также, что каналы могут обладать и ферментативной активностью [Eisenberg, 1990]. Дискретность строения мембран позволяет выявить их участки, специфически связывающие то или иное химическое соединение. Мы приводим схему мембранных компонентов - возможных мишеней действия метаболитов (Рис. 102).

Сообразуясь с приведенной схемой (Рис.100), рассмотрим имеющиеся литературные данные. Сведения о влиянии растительных выделений на липидную часть мембран очень скудны и относятся к их липофильным компонентам, среди которых встречаются алкалоиды, имеющие ненасыщенные двойные связи, например капсаицин, содержащийся в секреторных полостях плодов красного перца Capsicum annuum [Zamski et al., 1987]. По данным, полученным для животных клеток, капсаицин вызывает выход из мембран некоторых белков, например важного нейротрансмиттера-пептида Р [Dun, Kiraly, 1983].

Экссудаты трихом рода Solanum (Solanum tuberosum, Solanum herthaultii, Solanum berthaultii) содержат сесквитерпены, к которым очень чувствительны насекомые [Gregory et al., 1986]. Среди наиболее активных агентов можно отметить Е--фарнезен, -кариофиллен, -кубебен, -кадинен. Все они, по-видимому, действуют на липиды мембран, вызывая расстройство пищеварительной функции насекомых.

Белковые компоненты мембран чувствительны к любому химическому воздействию.

Одни из них выполняют в основном каталитическую функцию, т.е. как ферменты участвуют в метаболических и энергетических реакциях. О влиянии на них растительных экскретов (см. разделы 7.4 и 7.5). Другие белки выполняют «узнающую» функцию — являются рецепторами гормонов и биомедиаторов, которые служат сигналом для изменения каталитических процессов и проницаемости мембран для ионов.

7.3. БЕЛКОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ МЕМБРАН В ХЕМОСИГНАЛИЗАЦИИ Рецепция. Представление о мембранных рецепторах хорошо разработано для животных мембран применительно к нейромедиаторам и гормонам [Розен, 1986; Changeux et al., 1984]. Все рецепторы такого рода представляют собой белки, специфически связывающие (нековалентно) определенные соединения, к которым имеют высокое сродство. С конца –х годов двадцатого века эти представления распространены на растительные гормоны [Venis, 1986] и уже описаны в учебниках [Кузнецов, Дмитриева, 2005; Алехина и др., 2005;

Айташева, 2009]. Более того, уже накоплена обширная информация о содержании нейромедиаторов ацетилхолина и биогенных аминов в растениях (в том числе и растительных секретах и экскретах), обобщенная в ряде монографий и обзоров [Рощина.





1991, Roshchina, 2001a; 2010 ]. Представления о хемосигнализации и рецепции могут быть полезными относительно растительных экскретов, среди которых много биологически активных веществ.

Белки-рецепторы выделены для некоторых известных фитогормонов, в том числе и этилена — компонента многих летучих экскретов [Sisler,Yung, 1984; Sisler, 1987; Venis, 1985]. Рецепторы этилена могут располагаться в мембранах эндоплазматического ретикулюма и плазмалеммы [Sanders et al., 1987]. Рецептор, связывающий этилен, представляет собой белок с молекулярной массой 52 000- 60 000 Да [Venis, 1985]. У животных восприятие многих летучих растительных соединений осуществляется специальными обонятельными рецепторами, которые способны воспринимать запахи, например, камфоры в концентрациях действующего вещества всего 10-14—10-16 М.

Регуляторные системы. Особого совершенства достигла «узнающая» система животных благодаря существованию в них внутренних регуляторных систем, например холинэргической системы, хорошо изученной в мембранах нейронов или аминэргической системы нервно-мышечных тканей. Компоненты этих систем обнаружены также у животных, лишенных нервной системы и эмбрионов [Бузников, 1987; Buznikov et al., 1996], у растений [Рощина, 1991а,б; 2000; Roshchina, 2001a; Kulma and Szopa, 2007] и микроорганизмов [Lyte and Ernst, ; Олескин и др., 2000; Roshchina, 2010]. Холинэргическая система растений, как и у животных, включает в себя биомедиатор ацетилхолин, фермент его синтеза холинацетилтрансферазу, фермент его гидролиза холинэстеразу и чувствительный к ацетилхолину холинорецептор [Рощина, 1991а; Roshchina, 2001a].

Механизм работы такой системы в общем виде следующий. Синтезированный при участии холинацетилтрансферазы ацетилхолин связывается с холинорецептором. При этом холинорецептор испытывает конформационные изменения, в результате чего открывается ионный канал, увеличивается ионная проницаемость мембран, что вызывает возникновение электрического потенциала действия, который распространяется по мембранам, передавая сигнал раздражения. Ионный канал не может быть долго открытым, так как в клетке могут произойти деструктивные изменения, Фермент холинэcтераза гидролизует ацетилхолин, холинорецептор освобождается от биомедиатора.и конный канал закрывается. Возможен и другой механизм действия ацетилхолина, при котором конформационные изменения холинорецептора приводят к активированию фермента аденилатциклазы и синтезу вторичного мессенджера – циклического АМФ. В качестве вторичных мессенджеров могут служить также цикличекий ГМФ, ионы кальция, инозит-3-фосфат, и др. вещества внутри клетки. [Roshchina, 2001a]. цАМФ секретируется и наружу [Каримова и др., 1993].

Ацетилхолин является компонентом экскретов многих растительных тканей [см.

обзоры Fluck, Jaffe, 1976; Рощина, Мухин,1986; Hartmann, Gupta,1989; Tretyn and Kendrick, 1991; Рощина, 2000 и монографии Рощина, 1991а ; Roshchina, 2001a]. В высоких концентрациях этот медиатор (вместе с гистамином и катехоламинами) входит в состав секрета стрекательных волосков растений семейства Urticaceae, В растениях также найдены фермент синтеза ацетилхолина холинацетилтрансфераза и фермент его катаболизма холинэстераза [Fluck, Jaffe, 1976; Рощина, Семенова, 1990]. Ацетилхолинэстераза широко распространена у представителей разных семейств. Этот белок с молекулярной массой отдельных субъединиц от 60 до 80 кДа локализован в плазмалемме [Fluck, Jaffe, 1976;

Bednarska, Tretyn, 1989] и хлоропластах [Roshchina, 1989; 1990a]. Холинэстераза обнаруживается и в секретах растений, например, в латексе некоторых растений [Govindappa et al., 1987], в выделениях пыльцы и пестика [Bednarska and Tretyn, 1989;

Рощина и др., 1994; Roshchina and Semenova, 2005]. Возможно, фермент играет роль в межвидовых взаимоотношениях различных организмов [Roshchina, 2010], поскольку весьма чувствителен к производным монотерпенов [Grasza, 1985] и различным алкалоидам [Буданцев, Рощина, 2005; Budantsev, Roshchina, 2007]. Экстракты из ряда растений, например из Cyperus rotundus ингибируют актиность ацетилхолинэстеразы растений и животных одновременно тормозя развитие и рост проростков пшеницы и томатов [Sharma, Gupta, 2007]. Ацетилхолинэстеразная активность обнаружена в пыльце и в рыльце пестика [Roshchina, 2001a; 2009]. Этот фермент, по всей видимости, играет важную роль в оплодотворении, поскольку в пыльцевых зернах самонесовместимых клонов петунии и лилии он мало активен [Ковалева, Рощина, 1997; Kovaleva, Roshchina, 1997; ]. У ипомеи Pharbitis nil (сем. Вьюнковых) цитохимическим методом установлено, что холинэстераза присутствует в тонкой пленке экскрета, покрывающей поверхность рыльца [Bednarska, Tretyn, 1989]. Есть также экспериментальные данные в пользу cуществования у растений (в плазмалемме и хлоропластах) холинорецепторов или их функциональных аналогов и связанных с ними ионных K+ /Na+- каналов, подобно найденным у животных [Roshchina, 1987, 1989, 1990с; 2001a; Roshchina, Vikhlyantsev, 2009]. Экзогенный ацетилхолин влияет на проницаемость клеточных мембран для ионов калия и натрия, а также на мембранный потенциал. О присутствии у растений аналогов холинорецепторов свидетельствуют и Таблица 39. Действие вторичных метаболитов - компонентов растительных экскретов на холинэргическую систему растений и животных.

Растение Вещество Холинорецептор Холинэстераза Atropa belladonna Атропин +++Ж (1) +Ж (1), Р (2) Nicotiana tabacum Никотин +Ж (1) ' 0 (1).

Pages:     | 1 |   ...   | 36 | 37 || 39 | 40 |   ...   | 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.