Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе
Белгілеулер мен қысқартылған сөздер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 5
1
НЕГІЗГІ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
6
1.1 Стрестік әсер кезіндегі оттегінің белсенді формаларының қызметі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6
1.2 Фитопатогенді саңырауқұлақтардың өсімдіктермен өзара әсерлесуі кезіндегі ОБФ түзілуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
10
1.3 Антиоксиданттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.4 Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 13
1.4.1 Супероксид.дисмутаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
1.4.2 Аскорбат.пероксидаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
1.4.3 Глутатион.редуктаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 18
1.4.4 Каталаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.4.5 Пероксидаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 21
1.5 Картоптың фузариозды аурулары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 23
1.6 Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе ферменттерінің ауыл шаруашылық дақылдарын патогенез кезіндегі қорғаныс реакцияларына қатысуының зерттелуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
24
2
ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІСІ ЖӘНЕ ӘДІСТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
26
2.1 Зерттеу объектілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 26
2.1.1 Зерттеуге алынған F. solani саңырауқұлағының сипаттамасы ... ... .. 26
2.1.2 Тәжірибеге қолданылған картоп дақылының сипаттамасы ... ... ... ... 26
2.2 Зерттеу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2.2.1 Супероксид.дисмутаза ферментінің белсенділігін анықтау әдісі ... . 27
2.2.2 Каталаза ферментінің белсенділігін анықтау әдісі ... ... ... ... ... ... ... .. 28
2.2.3 Аскорбат.пероксидаза ферментінің белсенділігін анықтау әдісі ... .. 28
2.2.4 Пероксидаза ферментінің белсенділігін анықтау әдісі ... ... ... ... ... ... 29
3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ТАЛҚЫЛАУЛАР ... ... ... ... ... ... ... .
31
3.1 Төзімділігі әр түрлі картоп түйнектерінің саңырауқұлақпен зақымдану кезіндегі қорғаныс жауабындағы супероксид.синтазалық сигналдық жүйе ферменттерінің қызметі ... ... ... ... ... ...
31
3.2 Fusarium solani . Solanum tuberosum жүйесіндегі паразит.қожайынның өзара әсерлесуі кезіндегі Н2О2 сигналды қызметінің іске асуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
34
3.3 Fusarium solani саңырауқұлағының патогенді және патогенсіз штаммдарыдағы супероксиддисмутаза функциясына экзогенді H2O2 әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
36
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 5
1
НЕГІЗГІ БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
6
1.1 Стрестік әсер кезіндегі оттегінің белсенді формаларының қызметі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6
1.2 Фитопатогенді саңырауқұлақтардың өсімдіктермен өзара әсерлесуі кезіндегі ОБФ түзілуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
10
1.3 Антиоксиданттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1.4 Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 13
1.4.1 Супероксид.дисмутаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
1.4.2 Аскорбат.пероксидаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
1.4.3 Глутатион.редуктаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 18
1.4.4 Каталаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.4.5 Пероксидаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 21
1.5 Картоптың фузариозды аурулары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 23
1.6 Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе ферменттерінің ауыл шаруашылық дақылдарын патогенез кезіндегі қорғаныс реакцияларына қатысуының зерттелуі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
24
2
ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІСІ ЖӘНЕ ӘДІСТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
26
2.1 Зерттеу объектілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 26
2.1.1 Зерттеуге алынған F. solani саңырауқұлағының сипаттамасы ... ... .. 26
2.1.2 Тәжірибеге қолданылған картоп дақылының сипаттамасы ... ... ... ... 26
2.2 Зерттеу әдістері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2.2.1 Супероксид.дисмутаза ферментінің белсенділігін анықтау әдісі ... . 27
2.2.2 Каталаза ферментінің белсенділігін анықтау әдісі ... ... ... ... ... ... ... .. 28
2.2.3 Аскорбат.пероксидаза ферментінің белсенділігін анықтау әдісі ... .. 28
2.2.4 Пероксидаза ферментінің белсенділігін анықтау әдісі ... ... ... ... ... ... 29
3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ТАЛҚЫЛАУЛАР ... ... ... ... ... ... ... .
31
3.1 Төзімділігі әр түрлі картоп түйнектерінің саңырауқұлақпен зақымдану кезіндегі қорғаныс жауабындағы супероксид.синтазалық сигналдық жүйе ферменттерінің қызметі ... ... ... ... ... ...
31
3.2 Fusarium solani . Solanum tuberosum жүйесіндегі паразит.қожайынның өзара әсерлесуі кезіндегі Н2О2 сигналды қызметінің іске асуы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
34
3.3 Fusarium solani саңырауқұлағының патогенді және патогенсіз штаммдарыдағы супероксиддисмутаза функциясына экзогенді H2O2 әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
36
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
Өсімдіктердің стрестік жағдайларға бейімделу механизмдерін зерттеу қазіргі заманғы биологиялық зерттеулердің перспективті бағыттарының бірі. Зерттеушілердің назары көбінесе өсімдіктердің патогендердің әсеріне биохимиялық және молекулалық жауап механизмдерінің өзекті мәселелеріне, солардың ішінде қорғаныс жауабына сигналдық жүйелердің қатысу ерекшеліктерін анықтауға бағытталуда.
Өсімдіктердің қорғаныс механизмдерін идентификациялау – негізгі ауыл шаруашылық дақылдарының өнімділігін арттыру мақсатында төзімділік табиғатын түсіну өте маңызды.
Клеткалардың сигналдық жүйелері өсімдіктердің патогендерге қарсы иммунитеттің қалыптасуында үлкен роль атқаратыны көрсетілген [1].
Өсімдіктерді әр түрлі ауру қоздырғыштармен зақымдау мультикомпонентті жауап ретінде қарастырылатын, әдетте метаболитикалық өзгерістердің каскадын шақыратын кең тараған стрестік әсер болып табылады. Олар биосинтезге қатысатын полисахаридтер, фенолдар, лигнин, суберин, фитоалексиндер, фитонцидтер мен ферменттердің, гидроксипролинге бай белоктардың жинақталуы, “pathogensis-related” (PR)-белоктарының, атап айтқанда, хитиназа, глюканаза, протеиназа ингибиторлары, басқа да стрестік белоктардың (пероксидаза және т.б.) синтезін индукциялауды және деңгейін жоғарлатуды жүзеге асырады. Патогендермен зақымдалған кезде өсімдік клеткаларында ген экспрессиясының қайта программалануы жүреді, ол бір белоктардың синтезінің төмендеп, басқасының түзілуі немесе зақымданбаған өсімдіктердің ұлпаларында кездеспейтін белоктардың пайда болуында көрінеді. Бұл сигналдық қосылыстар – элиситорлардың көмегімен жүзеге асатыны анықталған [1].
Өсімдік клеткаларының сигналдық жүйесін зерттеу, олар стрестің молекулалық механизмдерінің негізін құраушы ретінде ғана үлкен теориялық маңыздылыққа ие емес, сонымен қатар сигналдық жүйелердің табиғи элиситорлар мен интермедиатор негізінде эффективті антипатогенді препараттар жасап шығаруда практикалық маңыздылығы да бар.
Картоп – құнды ауыл шаруашылық дақылы. Ал оның өнімділігінің төмендеуі әр түрлі фитопатогенді саңырауқұлақтар мен вирустар тудыратын аурулар. Біздің ел үшін ең өзектісі, картоптың құрғақ фузариозды шіруі. Картоптың құрғақ фузариозды шірігі ауруының қоздырғышы – фузариум туысының әр түрлі саңырауқұлақтары (Fusarium solani).
Келесі бөлім – әдебиетке шолуда сигналдық жүйелердің негізгі ферменттерінің патогенге қарсы қызмет ету механизмдері көрсетілген.
Өсімдіктердің қорғаныс механизмдерін идентификациялау – негізгі ауыл шаруашылық дақылдарының өнімділігін арттыру мақсатында төзімділік табиғатын түсіну өте маңызды.
Клеткалардың сигналдық жүйелері өсімдіктердің патогендерге қарсы иммунитеттің қалыптасуында үлкен роль атқаратыны көрсетілген [1].
Өсімдіктерді әр түрлі ауру қоздырғыштармен зақымдау мультикомпонентті жауап ретінде қарастырылатын, әдетте метаболитикалық өзгерістердің каскадын шақыратын кең тараған стрестік әсер болып табылады. Олар биосинтезге қатысатын полисахаридтер, фенолдар, лигнин, суберин, фитоалексиндер, фитонцидтер мен ферменттердің, гидроксипролинге бай белоктардың жинақталуы, “pathogensis-related” (PR)-белоктарының, атап айтқанда, хитиназа, глюканаза, протеиназа ингибиторлары, басқа да стрестік белоктардың (пероксидаза және т.б.) синтезін индукциялауды және деңгейін жоғарлатуды жүзеге асырады. Патогендермен зақымдалған кезде өсімдік клеткаларында ген экспрессиясының қайта программалануы жүреді, ол бір белоктардың синтезінің төмендеп, басқасының түзілуі немесе зақымданбаған өсімдіктердің ұлпаларында кездеспейтін белоктардың пайда болуында көрінеді. Бұл сигналдық қосылыстар – элиситорлардың көмегімен жүзеге асатыны анықталған [1].
Өсімдік клеткаларының сигналдық жүйесін зерттеу, олар стрестің молекулалық механизмдерінің негізін құраушы ретінде ғана үлкен теориялық маңыздылыққа ие емес, сонымен қатар сигналдық жүйелердің табиғи элиситорлар мен интермедиатор негізінде эффективті антипатогенді препараттар жасап шығаруда практикалық маңыздылығы да бар.
Картоп – құнды ауыл шаруашылық дақылы. Ал оның өнімділігінің төмендеуі әр түрлі фитопатогенді саңырауқұлақтар мен вирустар тудыратын аурулар. Біздің ел үшін ең өзектісі, картоптың құрғақ фузариозды шіруі. Картоптың құрғақ фузариозды шірігі ауруының қоздырғышы – фузариум туысының әр түрлі саңырауқұлақтары (Fusarium solani).
Келесі бөлім – әдебиетке шолуда сигналдық жүйелердің негізгі ферменттерінің патогенге қарсы қызмет ету механизмдері көрсетілген.
1 В. И. Билай “Фузарии” Киев “Наукова Думка” 1977.
2 Mann T., Keilin D. Hemocuprein and hepatocurein copper-protein compounds of blood and liver in mammalis. Proc. R. Soc. Lond. B. 126: 1938. P. 303-315.
3 Октябрьский О.Н., Смирнова Г.В. Редокс регуляция клеточных функций. Обзор. Биохимия, 2007. том 72, вып. 2. C. 158-174
4 Тарчевский И.А., Cигнальные системы клеток растений. М.: Наука. 2002. с. 294.
5 Doke N., Miura Y., Sanchez L.M., Park H.-J., Noritake T., Yoshioka H. The oxidative burst protects plants against pathogen attack: mechanism and role as an emergence signal for plant bio-defence – a review // Gene. 1996. 179. P.45-51.
6 Aguirre, J., Rios-Momberg, M., Hewitt, D., and Hansberg, W. // Trens in Microbiol., 2005. C. 13, 111-118.
7 Pocsi, I., Miskei, M., Karani, Z., Emri, T., Ayoubi, P., Pustanelyi, T., Balla, G., and Prade, R.A. // BMC Genomics, 2005. C. 6, 182.
8 Sideri, M., and Giorgiou, Ch.D. // Mycologia, 2000. C. 92, 1033-1042.
9 Leuthner, A., Ichinder, C., Oechmen, E., Koopman, E., Muller, E., Kahmann, R., Bolker, M., and Schreier, P.H, // Mol. Gen. Genomics, 2005. C. 272, 639-650.
10 Doke N. Physiol Plant Pathol. 1993. V. 23. № 3. P. 345-357.
11 Гесслер Н.Н., Аверьянов А.А., Белозерская Т.А. Активные формы кислорода в регуляции развития грибов // Биохимия. 2007. Т. 72. Вып.10. С.1342-1364.
12 Chai, H.B., and Doke, N. // Physiol. Mol. Plant Pathol., 1987. P. 30, 27-37.
13 Aver’yanov, A.A., Pasechnic, T.D., Lapikova, V.P., Gaivoronskaya, L.M., Kuznetsov, V.L., and Baker, C.J. // Acta Phtopathol. Entomol. Hungarica in press 2007.
14 Puste’rucci C., Stallaert V., Milat M.-L., Pugin A., Ricci P., and Blein J.-P. (1996) Plant Pathol., P. 111, 885-891.
15 Ellis J.S., Keenan P.J., Rathmell W.G., and Friend J. Pthytochemistry, 1993. P. 34, 649-655.
16 Beauchamp C., Fridovich J. Superoxide Dismutase: Improved Assays and an Assay Applicable to Acrylamide Gels // Anal. Biochem. 1971. V. 44. P. 276-287.
17 Аверьянов А.А. Упехи совр. биологи. 1991. Т. 111. №5.С. 722-737.
18 Iwano M., Che F-S., Goto K., Tanaka N., Takayama S., Isogai A. Mol. Plant Pathol. 2002. V. 3.Is. 1. P. 1-9.
19 Метлицкий Л.В., Дьяков Ю.Т., Озерецковская О.Л. Двойная индукция – новая гипотеза иммунитета растений к фитофторозу и сходным болезням //Докл. АН СССР. 1973. Т. 213. С. 209-212./Sanchez L.M., Doke N., and Kawakita K. (1993) Plant Sci., 88, 141-148.
20 Wojtaszek P. Oxidavite Burst: an Early Plant Response to Pathogen Infection // Biochem. J. 1997. V. 322. P. 681-692.
21 Ramu S.K., Peng H.M., Cook D.R. Mol. Plant-Microbe Interact. 2002. V. 15. № 6. P. 522-528.
22 Herouart D., Baudouin E., Frendo P., Harrison J., Santos R., Jamet A., Van de Sype G., Touati D., Puppo A. Plant Physiol. Biochem. 2002. V. 40. Is. 6-8. P. 619-624.
23 Santos R., Herouart D., Sigaud S., Touati D., Puppo A. Mol. Plant-Microbte Interact. 2001. V. 14. № 1. P. 86-89.
24 Аверьянов А.А., Лапикова В.П. Фунгитоксичность выделений листьев риса, обусловленная активными формами кислорода // Физиология растений. 1988. Т. 35. С. 1142-1151.
25 Лапикова. В.П., Гайворонская Л.М., Аверьянов А.А. Возможное учаситие активных форм кислорода в двойной индукции противоинфекционных реакций растения // Физиология растений. 2000. Т. 1. С. 160-162
26 Natvig D.O., Sylvester K., Dvorachek W.N., and Baldwin J.L. 1996. The Mycota (Brambl R., Marzluf G., eds), Berlin: Springer-Vrtlag, P. 191-209.
27 Trotter E., and Grant C.M. 2005. Eukariot. Cell, 4, 392-400.
28 Калашникова Ю.Е., Балахина Т.И., Закржевский Д.А. Действие почвенной ипоксии на активацию кислорода и систему защиты от оксилтельной диструкции в корнях и листьях ячменя. Физиол. раст. 41 (4): 1994. C. 583-588.
29 Fabricio P., Batistella L., Vardavas L., Gattazzo C., and Liou L. J. Cell Biol., 2004. P. 166, 1055-1067.
30 Asada K. Radical production and scavenging in the chloroplasts. In: Photosyntesis and the environment. Netherlands: Kluwer Acad. Publ., Dordrecht. 1966. P. 123-150.
31 Ogawa K., Kanematsu S., Asada K. Intra and extra-cellular localization of “cytosolic” CuZn-superoxide dismutase in spinach leaf and hypocotyls. Plant Cell Physiol. 1996. P. 37: 709-799.
32 Зенков Н.К., Ланкин В.З., Менышикова Е.Б. 2001. Оксилительный стресс: биохимические и патофизиологические аспекты. М: МАИК Наука/Интерпериодика, C. 343
33 Conklin P. L., Barth C. Ascorbic acid, a familiar small molecule intertwined in the response of plants to ozone, pathogens, and the onset of senescence. Plant, Cell and Environment 2004. P. 27, 959–970
34 Orvar B.L. & Ellis B.E. Transgenic tobacco plants expressing antisense RNA for cytosolic ascorbate peroxidase show increased susceptibility to ozone injury. Plant Journal 1997. P. 11, 1297–1305.
35 Meister A., and Anderson M.E. Ann. Rev. Biochem., 1983. P. 52, 711-760.
36 Jamieson D.J. 1998. Yeast. P. 14, 1511-1527.
37 Kaminska-Rozek E., Pukacki P. Effect of water deficit on oxidative stress and degradation of cell membranes in needles of Norway spruce (Picea abies). Acta physiol. plant 26: 2004. P. 431-442.
38 Грацианский Н.А. Уроки церивастатина и результаты исследования "Защита сердца" // Consilium Medicum.- 2002.- Т.4, №3.- С.139-143.
39 Wheller G.I., and Grant C.M. 2004. Physiol. Plant., 120, 12-20.
40 Kawasaki L., Wysong D.,Diamond R., and Aguirre J. 1997. J. Bacteriol., 79, 3284-3292.
41 Michan Sh., Lledias F., and Hansberg W. Free Rad. Biol. Chem., 2002. P. 33, 521-532.
42 Гесслер Н.Н., Леонович О.А., Рабинович Я.М., Рудченко М.Н., Белозерская Т.А. Прикл. биохим. микробиол., 2006. C. 42, 354-358.
43 Chary P., and Natvig D.O. J. Bacteriol., 1989. C. 171, 2646-2652
44 Machwe A., and Kapoor M. Biochem. Biophys. Res. Comm., 1993. P. 196, 692-6987
45 Андреева В.А.. Фермент пероксидаза: участие в защитном механизме растений. Москва. Наука 1988.
46 Ким Б.Б. Механизм действия пероксидазы. Серия биотехнология. Том 36. Москва 1992. C. 126-146.
47 Райлло А.И. Грибы рода фузариум. Москва 1950.
48 Aebi H. Catalase in vitro. Methods Enzymology. 1984. 105. P. 121-126.
49 Nakano Y., Asada K. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbat-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiol. 1981. 22. P. 867-880.
50 Лебедева О.В., Угарова Н.Н., Березин И.В. Кинетическое изучение реакции окисления о-дианизидина Н2О2 в присутствии пероксидазы хрена // Биохимия. 1977. Т. 42. C. 1372 - 1379.
51 Граскова И.А., Владимерова С.В., Рихванов Е.Г., Войников В.К. Зависимость активности пероксидаз клеток картофеля при патогенезе кольцевой гнили от вирулентности штаммов бактерий и степени устойчивости растений. Физиология и биохимия культурных растений Т-35 №1 2003.
52 Зайцев Г.Н. Математика в экспериментальной ботанике. // М. 1990. C. 293
53 Lamb C., Dixon R.A. The oxidative burst in plant disease resistance // Ann. Rev. of Plant Physiol. and Plant Mol. Biol. 1997. 48. Р. 251-275.
2 Mann T., Keilin D. Hemocuprein and hepatocurein copper-protein compounds of blood and liver in mammalis. Proc. R. Soc. Lond. B. 126: 1938. P. 303-315.
3 Октябрьский О.Н., Смирнова Г.В. Редокс регуляция клеточных функций. Обзор. Биохимия, 2007. том 72, вып. 2. C. 158-174
4 Тарчевский И.А., Cигнальные системы клеток растений. М.: Наука. 2002. с. 294.
5 Doke N., Miura Y., Sanchez L.M., Park H.-J., Noritake T., Yoshioka H. The oxidative burst protects plants against pathogen attack: mechanism and role as an emergence signal for plant bio-defence – a review // Gene. 1996. 179. P.45-51.
6 Aguirre, J., Rios-Momberg, M., Hewitt, D., and Hansberg, W. // Trens in Microbiol., 2005. C. 13, 111-118.
7 Pocsi, I., Miskei, M., Karani, Z., Emri, T., Ayoubi, P., Pustanelyi, T., Balla, G., and Prade, R.A. // BMC Genomics, 2005. C. 6, 182.
8 Sideri, M., and Giorgiou, Ch.D. // Mycologia, 2000. C. 92, 1033-1042.
9 Leuthner, A., Ichinder, C., Oechmen, E., Koopman, E., Muller, E., Kahmann, R., Bolker, M., and Schreier, P.H, // Mol. Gen. Genomics, 2005. C. 272, 639-650.
10 Doke N. Physiol Plant Pathol. 1993. V. 23. № 3. P. 345-357.
11 Гесслер Н.Н., Аверьянов А.А., Белозерская Т.А. Активные формы кислорода в регуляции развития грибов // Биохимия. 2007. Т. 72. Вып.10. С.1342-1364.
12 Chai, H.B., and Doke, N. // Physiol. Mol. Plant Pathol., 1987. P. 30, 27-37.
13 Aver’yanov, A.A., Pasechnic, T.D., Lapikova, V.P., Gaivoronskaya, L.M., Kuznetsov, V.L., and Baker, C.J. // Acta Phtopathol. Entomol. Hungarica in press 2007.
14 Puste’rucci C., Stallaert V., Milat M.-L., Pugin A., Ricci P., and Blein J.-P. (1996) Plant Pathol., P. 111, 885-891.
15 Ellis J.S., Keenan P.J., Rathmell W.G., and Friend J. Pthytochemistry, 1993. P. 34, 649-655.
16 Beauchamp C., Fridovich J. Superoxide Dismutase: Improved Assays and an Assay Applicable to Acrylamide Gels // Anal. Biochem. 1971. V. 44. P. 276-287.
17 Аверьянов А.А. Упехи совр. биологи. 1991. Т. 111. №5.С. 722-737.
18 Iwano M., Che F-S., Goto K., Tanaka N., Takayama S., Isogai A. Mol. Plant Pathol. 2002. V. 3.Is. 1. P. 1-9.
19 Метлицкий Л.В., Дьяков Ю.Т., Озерецковская О.Л. Двойная индукция – новая гипотеза иммунитета растений к фитофторозу и сходным болезням //Докл. АН СССР. 1973. Т. 213. С. 209-212./Sanchez L.M., Doke N., and Kawakita K. (1993) Plant Sci., 88, 141-148.
20 Wojtaszek P. Oxidavite Burst: an Early Plant Response to Pathogen Infection // Biochem. J. 1997. V. 322. P. 681-692.
21 Ramu S.K., Peng H.M., Cook D.R. Mol. Plant-Microbe Interact. 2002. V. 15. № 6. P. 522-528.
22 Herouart D., Baudouin E., Frendo P., Harrison J., Santos R., Jamet A., Van de Sype G., Touati D., Puppo A. Plant Physiol. Biochem. 2002. V. 40. Is. 6-8. P. 619-624.
23 Santos R., Herouart D., Sigaud S., Touati D., Puppo A. Mol. Plant-Microbte Interact. 2001. V. 14. № 1. P. 86-89.
24 Аверьянов А.А., Лапикова В.П. Фунгитоксичность выделений листьев риса, обусловленная активными формами кислорода // Физиология растений. 1988. Т. 35. С. 1142-1151.
25 Лапикова. В.П., Гайворонская Л.М., Аверьянов А.А. Возможное учаситие активных форм кислорода в двойной индукции противоинфекционных реакций растения // Физиология растений. 2000. Т. 1. С. 160-162
26 Natvig D.O., Sylvester K., Dvorachek W.N., and Baldwin J.L. 1996. The Mycota (Brambl R., Marzluf G., eds), Berlin: Springer-Vrtlag, P. 191-209.
27 Trotter E., and Grant C.M. 2005. Eukariot. Cell, 4, 392-400.
28 Калашникова Ю.Е., Балахина Т.И., Закржевский Д.А. Действие почвенной ипоксии на активацию кислорода и систему защиты от оксилтельной диструкции в корнях и листьях ячменя. Физиол. раст. 41 (4): 1994. C. 583-588.
29 Fabricio P., Batistella L., Vardavas L., Gattazzo C., and Liou L. J. Cell Biol., 2004. P. 166, 1055-1067.
30 Asada K. Radical production and scavenging in the chloroplasts. In: Photosyntesis and the environment. Netherlands: Kluwer Acad. Publ., Dordrecht. 1966. P. 123-150.
31 Ogawa K., Kanematsu S., Asada K. Intra and extra-cellular localization of “cytosolic” CuZn-superoxide dismutase in spinach leaf and hypocotyls. Plant Cell Physiol. 1996. P. 37: 709-799.
32 Зенков Н.К., Ланкин В.З., Менышикова Е.Б. 2001. Оксилительный стресс: биохимические и патофизиологические аспекты. М: МАИК Наука/Интерпериодика, C. 343
33 Conklin P. L., Barth C. Ascorbic acid, a familiar small molecule intertwined in the response of plants to ozone, pathogens, and the onset of senescence. Plant, Cell and Environment 2004. P. 27, 959–970
34 Orvar B.L. & Ellis B.E. Transgenic tobacco plants expressing antisense RNA for cytosolic ascorbate peroxidase show increased susceptibility to ozone injury. Plant Journal 1997. P. 11, 1297–1305.
35 Meister A., and Anderson M.E. Ann. Rev. Biochem., 1983. P. 52, 711-760.
36 Jamieson D.J. 1998. Yeast. P. 14, 1511-1527.
37 Kaminska-Rozek E., Pukacki P. Effect of water deficit on oxidative stress and degradation of cell membranes in needles of Norway spruce (Picea abies). Acta physiol. plant 26: 2004. P. 431-442.
38 Грацианский Н.А. Уроки церивастатина и результаты исследования "Защита сердца" // Consilium Medicum.- 2002.- Т.4, №3.- С.139-143.
39 Wheller G.I., and Grant C.M. 2004. Physiol. Plant., 120, 12-20.
40 Kawasaki L., Wysong D.,Diamond R., and Aguirre J. 1997. J. Bacteriol., 79, 3284-3292.
41 Michan Sh., Lledias F., and Hansberg W. Free Rad. Biol. Chem., 2002. P. 33, 521-532.
42 Гесслер Н.Н., Леонович О.А., Рабинович Я.М., Рудченко М.Н., Белозерская Т.А. Прикл. биохим. микробиол., 2006. C. 42, 354-358.
43 Chary P., and Natvig D.O. J. Bacteriol., 1989. C. 171, 2646-2652
44 Machwe A., and Kapoor M. Biochem. Biophys. Res. Comm., 1993. P. 196, 692-6987
45 Андреева В.А.. Фермент пероксидаза: участие в защитном механизме растений. Москва. Наука 1988.
46 Ким Б.Б. Механизм действия пероксидазы. Серия биотехнология. Том 36. Москва 1992. C. 126-146.
47 Райлло А.И. Грибы рода фузариум. Москва 1950.
48 Aebi H. Catalase in vitro. Methods Enzymology. 1984. 105. P. 121-126.
49 Nakano Y., Asada K. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbat-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiol. 1981. 22. P. 867-880.
50 Лебедева О.В., Угарова Н.Н., Березин И.В. Кинетическое изучение реакции окисления о-дианизидина Н2О2 в присутствии пероксидазы хрена // Биохимия. 1977. Т. 42. C. 1372 - 1379.
51 Граскова И.А., Владимерова С.В., Рихванов Е.Г., Войников В.К. Зависимость активности пероксидаз клеток картофеля при патогенезе кольцевой гнили от вирулентности штаммов бактерий и степени устойчивости растений. Физиология и биохимия культурных растений Т-35 №1 2003.
52 Зайцев Г.Н. Математика в экспериментальной ботанике. // М. 1990. C. 293
53 Lamb C., Dixon R.A. The oxidative burst in plant disease resistance // Ann. Rev. of Plant Physiol. and Plant Mol. Biol. 1997. 48. Р. 251-275.
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
БИОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ
МАГИСТРАТУРАСЫ
Биотехнология, биохимия, өсімдіктер физиологиясы кафедрасы
МАГИСТРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
СУПЕРОКСИДСИНТАЗАЛЫҚ СИГНАЛДЫҚ ЖҮЙЕ ФЕРМЕНТТЕРІНІҢ КАРТОПТЫҢ F. SOLANI
САҢЫРАУҚҰЛАҒЫМЕН ЗАҚЫМДАНУ КЕЗІНДЕГІ ҚОРҒАНЫС РЕАКЦИЯЛАРЫН ЗЕРТТЕУ
Орындаған:
2-курс магистранты ______________________ Байқара Б.Т.
Ғылыми жетекшісі:
б.ғ.к., ЖҒҚ ______________________ Сапко О.А.
“__” ________ 2010 жыл
б.ғ.д., профессор ______________________ Бейсембаева Р.У.
“__” ________ 2010 жыл
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі:
б.ғ.д., профессор ______________________ Карпенюк Т.А.
“__” ________ 2010 жыл
Алматы, 2010
РЕФЕРАТ
Магистрлік диссертация 44 бет, 12 сурет, 1 кесте, 1 сызбанұсқа, 53
әдебиет тізімінен тұрады.
Негізгі сөздер: оттегінің белсенді формалары, F. solani саңырауқұлағы,
картоп, Тамаша және Санта сұрыптары, патогенез, супероксидсинтазалық
сигнальды жүйе, супероксид-дисмутаза, аскорбат-пероксидаза, каталаза,
пероксидаза.
Зерттеу объектісі: Республикалық микроорганизмдер коллекциясынан
алынған F. solani саңырауқұлағының F-RKM 0166 (патогенді) және F-RKM 0167
(патогенсіз) штаммдары және Тамаша (төзімді сұрып) және Санта (сезімтал
сұрып) картобының түйнектері мен суспензиясы.
Жұмыстың мақсаты: картоптың саңырауқұлақпен зақымданғандағы оттегінің
белсенді формаларын реттеуге қатысатын антиоксидантты ферменттердің қызмет
ету механизмдерін зерттеу.
Міндеті: картоптың саңырауқұлақпен зақымдану кезіндегі қорғаныс
жауабындағы антиоксидантты жүйе ферменттерінің қызметін зерттеу. Fusarium
solani – Solanum tuberosum жүйесіндегі паразит-қожайынның өзара әсерлесуі
кезіндегі Н2О2 сигнальді қызметінің іске асуын анықтау. Fusarium solani
саңырауқұлағының патогенді және патогенсіз штаммдарыдағы SOD функциясына
экзогенді Н2О2 әсерін зерттеу.
Нәтижелер: картоптың төзімді (Тамаша) және сезімтал (Санта)
сұрыптарының F. solani саңырауқұлағының патогенді және патогенсіз
штаммдарымен зақымдану кезіндегі супероксидсинтазалық сигнальды жүйе
ферменттерінің корғаныс реакциялары зерттелді.
F.solani-S.tuberosum жүйесіндегі өзара әсерлесуінің іске асуында тотығу-
тотықсыздану процестері маңызды роль атқаратынын дәлелдейді. Картоптың
Fusarium solani зақымданған кездегі каталаза реактивтілігін талдау
биохимиялық маркері ретінде пайдалауға болады.
Саңырауқұлақпен зақымдану кезіндегі Н2О2 эндогенді деңгейінің өзгеруі
қожайынның төзімділігі мен саңырауқұлақтың патогенділігіне тәуелді.
SOD ферментінің активтілігінің реттелуі штамм патогенділігі мен оның
орналасуына тәуелді болады.
Зерттеу жұмысы Айтхожин атындағы молекулалық биология және биохимия
институтының табиғи қосылыстар зат алмасу энзимологиясы лабораториясында
жүргізілді.
Мазмұны
Белгілеулер мен қысқартылған 4
сөздер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ...
1 НЕГІЗГІ 6
БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ...
1.1 Стрестік әсер кезіндегі оттегінің белсенді формаларының
қызметі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ..
1.2 Фитопатогенді саңырауқұлақтардың өсімдіктермен өзара әсерлесуі
кезіндегі ОБФ түзілуі 10
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...
1.3 Антиоксиданттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11
... ... ... ... ... ... ... ... .. ..
1.4 Супероксидсинтазалық сигналдық 13
жүйе ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...
1.4.1Супероксид-дисмутаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
... ... ... ... ... ... ... ...
1.4.2Аскорбат-пероксидаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
... ... ... ... ... ... ... ...
1.4.3Глутатион-редуктаза ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.4.4Каталаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ..
1.4.5Пероксидаза ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ...
1.5 Картоптың фузариозды 23
аурулары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .
..
1.6 Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе ферменттерінің ауыл
шаруашылық дақылдарын патогенез кезіндегі қорғаныс
реакцияларына қатысуының 24
зерттелуі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
2 ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІСІ ЖӘНЕ 26
ӘДІСТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.1 Зерттеу 26
объектілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... .
2.1.1Зерттеуге алынған F. solani саңырауқұлағының 26
сипаттамасы ... ... ..
2.1.2Тәжірибеге қолданылған картоп дақылының 26
сипаттамасы ... ... ... ...
2.2 Зерттеу 27
әдістері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ...
2.2.1Супероксид-дисмутаза ферментінің белсенділігін анықтау 27
әдісі ... .
2.2.2Каталаза ферментінің белсенділігін анықтау 28
әдісі ... ... ... ... ... ... ... . .
2.2.3Аскорбат-пероксидаза ферментінің белсенділігін анықтау 28
әдісі ... ..
2.2.4Пероксидаза ферментінің белсенділігін анықтау 29
әдісі ... ... ... ... ... ...
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ТАЛҚЫЛАУЛАР ... ... ... ... ... ... ... .31
3.1 Төзімділігі әр түрлі картоп түйнектерінің саңырауқұлақпен
зақымдану кезіндегі қорғаныс жауабындағы супероксид-синтазалық
сигналдық жүйе ферменттерінің қызметі ... ... ... ... ... ... 31
3.2 Fusarium solani – Solanum tuberosum жүйесіндегі
паразит-қожайынның өзара әсерлесуі кезіндегі Н2О2 сигналды
қызметінің іске 34
асуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .
3.3 Fusarium solani саңырауқұлағының патогенді және патогенсіз
штаммдарыдағы супероксиддисмутаза функциясына экзогенді H2O2
әсері ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .36
... ... ... ... ... ... ... ... .. ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .40
... ... ... ... ... ... ... ... ..
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 41
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Белгілеулер мен қысқартылған сөздер
ОБФ – оттегінің белсенді формалары
NADPH – никотинамидадениндинуклеотидфосфат (тотықсызданған формасы)
NOX – NADPH–оксидаза
SOD – супероксид-дисмуаза
APOX – аскорбат-пероксидаза
As – аскробат
GSH – глутатионның тотықсызданған формасы
GSSG – глутатионнның тотыққан формасы
GR – глутатион–редуктаза
NADH – никотинамидадениндинуклеотид (тотықсызданған формасы)
NADP – никотинамидадениндинуклеотидфосфат (тотыққан формасы)
NAD – никотинамидадениндинуклеотид (тотыққан формасы)
FAD – флавинадениндинуклеотид
GR – глутатион-редуктаза
САТ – каталаза
КІРІСПЕ
Өсімдіктердің стрестік жағдайларға бейімделу механизмдерін зерттеу
қазіргі заманғы биологиялық зерттеулердің перспективті бағыттарының бірі.
Зерттеушілердің назары көбінесе өсімдіктердің патогендердің әсеріне
биохимиялық және молекулалық жауап механизмдерінің өзекті мәселелеріне,
солардың ішінде қорғаныс жауабына сигналдық жүйелердің қатысу
ерекшеліктерін анықтауға бағытталуда.
Өсімдіктердің қорғаныс механизмдерін идентификациялау – негізгі ауыл
шаруашылық дақылдарының өнімділігін арттыру мақсатында төзімділік табиғатын
түсіну өте маңызды.
Клеткалардың сигналдық жүйелері өсімдіктердің патогендерге қарсы
иммунитеттің қалыптасуында үлкен роль атқаратыны көрсетілген [1].
Өсімдіктерді әр түрлі ауру қоздырғыштармен зақымдау мультикомпонентті
жауап ретінде қарастырылатын, әдетте метаболитикалық өзгерістердің каскадын
шақыратын кең тараған стрестік әсер болып табылады. Олар биосинтезге
қатысатын полисахаридтер, фенолдар, лигнин, суберин, фитоалексиндер,
фитонцидтер мен ферменттердің, гидроксипролинге бай белоктардың жинақталуы,
“pathogensis-related” (PR)-белоктарының, атап айтқанда, хитиназа,
глюканаза, протеиназа ингибиторлары, басқа да стрестік белоктардың
(пероксидаза және т.б.) синтезін индукциялауды және деңгейін жоғарлатуды
жүзеге асырады. Патогендермен зақымдалған кезде өсімдік клеткаларында ген
экспрессиясының қайта программалануы жүреді, ол бір белоктардың синтезінің
төмендеп, басқасының түзілуі немесе зақымданбаған өсімдіктердің ұлпаларында
кездеспейтін белоктардың пайда болуында көрінеді. Бұл сигналдық қосылыстар
– элиситорлардың көмегімен жүзеге асатыны анықталған [1].
Өсімдік клеткаларының сигналдық жүйесін зерттеу, олар стрестің
молекулалық механизмдерінің негізін құраушы ретінде ғана үлкен теориялық
маңыздылыққа ие емес, сонымен қатар сигналдық жүйелердің табиғи элиситорлар
мен интермедиатор негізінде эффективті антипатогенді препараттар жасап
шығаруда практикалық маңыздылығы да бар.
Картоп – құнды ауыл шаруашылық дақылы. Ал оның өнімділігінің төмендеуі
әр түрлі фитопатогенді саңырауқұлақтар мен вирустар тудыратын аурулар.
Біздің ел үшін ең өзектісі, картоптың құрғақ фузариозды шіруі. Картоптың
құрғақ фузариозды шірігі ауруының қоздырғышы – фузариум туысының әр түрлі
саңырауқұлақтары (Fusarium solani).
Келесі бөлім – әдебиетке шолуда сигналдық жүйелердің негізгі
ферменттерінің патогенге қарсы қызмет ету механизмдері көрсетілген.
1. НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1. Стрестік әсер кезіндегі оттегінің белсенді формаларының қызметі
Н. А. Бах биологиялық тотығудың асқын тотық теориясын ашқаннан бері 100
жылдам астам уақыт өтті (1897 ж.). Биологиялық тотығу теориясының негізінде
биологиялық жүйелердегі оттегі молекуласын алдын ала активтендіру
қажеттілігі жатты. Бах өз жұмыстарында өсімдіктер мен саңырауқұлақтар
клеткасында оттегінің асқын тотығын (H2O2) тауып, оны эксперимет жүзінде
дәлелдеді.
Оттегінің белсенді формалары (ОБФ) саңырауқұлақтарда метаболиттік
белсенділік процесінде түзіледі. ОБФ түзілуі әр түрлі стресстік факторлар
әсерімен, сонымен қатар ашығу, жарық, механикалық зақымдалу, басқа тірі
объектермен әсерлесу кезінде өсіп отырады [2].
Бос радикал дегеніміз ішкі қабатында бір немесе бірнеше жұптаспаған
электрондар бар бөлшектер (атом немесе молекула). Бұл жағдай радикалдарды
химиялық тұрақсыз және өте белсенді етеді, өйткені олар өздеріне
жеткіліксіз электронды қоршаған молекулалардан алуға немесе артық
электроннан құтылуға тырысады. Соның нәтижесінде биологиялық құрылымдарды
бұзатын басқарылмайтын тізбектік реакция дамуы мүмкін [3].
Сурет 1 – Кейбір молекулалар мен радикалдардың электрондық құрылымы
Әдетте бос радикалдар организмде аз мөлшерде кездеседі және сау
организм оларды бақылайды. Кейбір бос радикалдарды иммундық жүйе өндіреді.
Олар вирустар мен бактерияларды бұзады. Басқа бос радикалдар маңызды
гормондар синтезіне және тіршілік етуге қажетті ферменттерді белсендетуге
қатысады. Бос радикалдар организмге қажетті энергия және әр түрлі
субстанциялар өндіру үшін керек.
Көптеген бос радикалдардың түзілуі олардың одан да көп мөлшерінің
түзілуін ырықтандырады, ол организмді үлкен шығынға ұшыратады. Нәтижесінде
бос радикалдардың қауіпті мөлшері бар ортада генетикалық мәліметтің
клеткамен кодталу әдісі өзгеріп, белок құрылымы бұзылуы мүмкін. Иммундық
жүйе бөтен белоктарды танып, оларды жоюға тырысады. Соңында мутацияға
ұшыраған белоктар иммундық жүйені бұзады. Ол лейкемия және ісіктің басқа
түрлеріне, жүрек және басқа ауруларға шалдықтыруы мүмкін.
Бос радикалдар қорғаушы клетка мембранасын бұзуға қабілетті, организмде
сұйықтықтың жинақталуына әкелуі мүмкін, ол организмнің жылдам қартаюына
ықпал етеді. Сонымен қатар, осы кезде организмдегі кальций деңгейі бұзылып,
бұл да әр түрлі ауруларға душар еткізеді.
Бос радикалдардың түзілуіне әр түрлі факторлар, атап айтқанда:
радиациялық сәулелену, күнде үзақ сәулелендіру, қоршаған ортаны ластаушы
заттар – темекі түтіні, көлік пайдаланған газдар, майға бай диета әсер
етеді.
Сурет 2 – Бос радикалдардың қалыптасу механизмдері және олардың ДНҚ
тізбегін шабуылдау жолдары.
Тотығу стрессінің дамуының алғашқы сатысы – активтілігі жоғары
оттегінің бос радикалды формаларының шектен тыс түзілуі болып табылады.
Бұның себебі, митохондрия қызметінің бұзылуы мүмкін. Түзілген оттегінің бос
радикалды формалары фосфолипидтерге, атап айтқанда олардың құрамына енетін
және фосфолипидтердің ыдырауы кезінде босап шыққан қанықпаған май
қышқылдарына әсер етеді де, оларды асқын тотықты тотығуға ұшыратады. Осы
тотығу кезінде белгілі қышқылдардың зақымдаушы қасиеті мен тотығудың
токсинді өнімінің бос радикалды формалары түзіледі. Нәтижесінде клетка
құрылымының бұзылуы мен тіпті клетка өлімге де ұшырауы мүмкін. Бос
радикалды тотығудың бірізді реакциясы сызбанұсқада көрсетілген [4].
O2 O2- H2O2 OH- H2O
супероксид- оттегінің
гидроксилді
анионрадикал асқын тотығы радикал
Фосфолипидтер
(қанықпаған май қышқылдары)
Аралық өнімдер
(алкильді, алкоксильді, пероксильді радикалдар)
Біріншілік өнімдер
(липидтердің гидро асқын тотығы, диенді конъюгаттар және т.б.)
Екіншілік өнімдер
(малонды диальдегид, триенді конъюгаттар және т.б.)
Соңғы өнім
(Шифф негіздері және газ тәріздес қоспалар)
Сызбанұсқа 1 – Бос радикалды тотығудың бірізді реакциясы
Оттегінің белсенді формасы (ОБФ) – өте күшті тотықтыру қабілеті бар
оттегі туындыларының бос радикалды молекулалардың тобы. Олар әдетте тыныс
алу тізбегі жұмысының жанама өнімдері болып табылады.
Қазіргі уақытта өсімдіктерге көптеген стресстік факторлармен әсер ету
кезіндегі ең ерте пайда болатын стрестік реакция – оттегінің белсенді
формаларының (ОБФ) түзілуі: супероксидті анион (O2-), сутегінің асқын
тотығы (H2O2), гидроксильді радикал (OH-) және т.б [5].
Тірі организмдердің метаболиттік жолына оттегінің қатысуы оның
активтілігі мен бірқатар реакцияға түсуге қабілетті молекулалардың
түзілуімен байланысты: клеткада ішкі және сыртқы факторлардың әсерінен
оттегі қозған синглетті (1O2), супероксид радикалы (O2−), гидроксильді
радикал (OH•), асқын тотықты радикал (HO•2), асқын тотықты ион (HO2−),
оттегінің асқын тотығы (H2O2), азот оксиді (NO•) күйінде болады.
Қазіргі уақытта O2− клеткадағы негізгі көзі тыныс алу процесі
нәтижесінде оттегінің суға дейін толық тотықсызданбауы болып табылады.
Сонымен қатар, реакцияларда супероксиданион-радикал (O2−) ксантиноксидаза,
микросомалық монооксигеназа, липоксигеназа, циклогексеназалардың қатысуымен
және де тиолдар, флавиндер, хинондар, катехоламиндер, ксенобиотиктердің
тотықсызданған айналымының өздігінен тотығуы нәтижесінде пайда болады.
ОБФ клеткаішілік деңгейінің жоғарылауы өсудің тоқталуымен және
клеткаішілік оксиданттардың түзілуінің төмендеуі және клетканың өзгерген
тіршілік ету жағдайына бейімделуіне бағытталған морфологиялық өзгерістерді
тудырады [6]. Н2О2 барлық тыныс алатын клеткалардағы ең маңызды
метаболиттердің бірі болып табылады. Сутегінің асқын тотығы ОБФ маңызды
компоненті және клетка активтілігін реттейді. Н2О2 антиоксидантты
қорғаныстың гендер экспрессиясын индуцирлей отырып, Aspergillus nidulans
транскрипцияның біршама өзгеруін тудырады [7], сонымен қатар, склероция
Sclerotium rolfsii дифференцирленуін ырықтандырады [8], Neurospora crassa
картиногенезінің гендер экспрессиясының деңгейін жоғарлатады, және
Ustuilago maydis филаментті өсуге өтуіне және оның патогенділігінің пайда
болуына ықпал ететіні көрсетілді [9]. S. rolfsii дифференцирленуі клетка
ішінде Н2О2 түзілуімен байланысты, оның концентрациясы жарық пен темір
иондарының әсерімен жоғарлап отырды. Осылайша, саңырауқұлақтарда,
миксомицеттерде және балдырларда ОБФ түзілуі дифференцирлену факторы үшін
өте қажетті [8].
ОБФ биохимиялық эффекттерінің кең спектрі және олардың клетканың
функциялық активтілігіне әсері, зерттеудің осы бағытына қызығушылық артып
отырғанын түсіндіреді. ОБФ реакциялық қабілеті жоғары болғандықтан, ол кез
келген макромолекулаларды зақымдай алады. Липидтердің асқын тотығуы,
белоктар мен нуклеин қышқылының тотыға модификациялануы – оттегі
радикалдарының токсинді әсерінің нәтижесі. ОБФ төмен концентрациясы
эукариоттардың әр түрлі клеткалық қызметтерін, атап айтқанда пролиферация,
гормондар синтезі, тотығу “жарылысы”, апоптоз және басқаларын реттеуге
қатысуға қабілетті. Токсиндік әсерінен басқа ОБФ реттеуші активтілігі
бірқатар патологиялық күйлердің ажырамас бөлігі болып табылады. Эукариот
клеткаларында ОБФ клетка аралық сигналдық молекулалардан және олардың
мембраналық рецепторларынан ген экспрессиясын бақылаушы клетка ішілік
реттеуші жүйелерге реттеуші сигналды беру кезінде мессенджерлер ретінде
қызмет атқарады [10].
Тотығу жарылысы – фитопатогенді саңырауқұлақтың өсімдікпен өзара
әсерлесуі кезінде ОБФ шамадан тыс бөлініп шығуы. Осы уақытқа дейін ОБФ
бірден бір көзі өсімдік деп есептелген болатын [11]. Бірақ Док
әріптестерімен өз жұмыстарының бірінде Phytophthora infestans саңырауқұлағы
Н2О2 көзі болып табылады деген болжам ұсынды [12]. ОБФ спора суспензиясында
немесе жапырақ бетінде ғана емес, сонымен қатар, сәйкес клеткасыз
диффузаттарда да табылғаны маңызды. Клеткадан бөлініп шыққан Н2О2
диффузатта ондаған минуттар бойы сақтала алады [13]. Осылайша, патогенді
саңырауқұлақ клеткаларында кездесетін немесе олармен клеткадан тыс ортаға
бөлінетін кейбір элиситорлар немесе токсиндер қожайын организмді және
паразитті тотығу стрессіне ұшыратады. Бұл құбылыстың биологиялық әсері әр
түрлі жағдайларда тура қарама–қарсы болуы мүмкін, яғни ол инфекцияға ықпал
етуі де және де оған қарсы әсер етуі де мүмкін. ОБФ көп жағдайда
фитопатогенді саңырауқұлақ пен қожайын өсімдіктің өзара әсерлесуін, сонымен
қатар, көптеген жағдайларда – өсімдіктің ауруға төзімділігін жоғарлататын
фактор ретінде анықталады [11].
Тотығу “жарылысы” өсімдіктердің қорғау реакцияларының биологиялық
индукторлары – элиситорлармен іске қосылатыны анық. Элиситорлық қасиетке
паторгенді саңырауқұлақтардың көптеген метаболиттері ие. Элиситорлардың
өздері ОБФ өндірмейді, бірақ олар бар ортада саңырауқұлақ клеткалары
өсімдіктер жағынан тотығу стрессіне ұшырайды. Сондай-ақ, ОБФ әсерімен
элиситорлық активтілікті индукциялау мүмкін. H2O2 төмен концентрациясы
сигналды молекула болып табылады және өсімдік клеткасында қорғаушы
метаболиттердің синтезін ырықтандыратыны анықталған. ОБФ генерациялайтын
саңырауқұлақтарға арналған кейбір арнайы әдістер токсиндермен байланысқан,
олар үшін O2– қожайынды улайтын делдал ретінде қызмет атқарады. Соның
ішінде, Fusarium туысының саңырауқұлақтарының нафтазарин токсині өсімдік
субстраттарымен қараңғыдағы тотығу – тотықсыздану реакцияларында ОБФ
генерациясы жүреді. Fusarium туысы саңырауқұлақтарынан бөлініп алынған
биаувертицин және Т-2 токсиндері, сонымен қатар қызанақ өсімдігінің
аскорбат – глутатионді айналым ферменттерін активтендіреді [11].
1.2 Фитопатогенді саңырауқұлақтардың өсімдіктермен өзара әсерлесуі
кезіндегі ОБФ түзілуі
Өзара тығыз әсерлесетін әр түрлі организмдерден тұратын жүйеде барлық
жағдайда, жаңа өнім пайда болады. Осы жерде олар қай организмге тиесілі
деген сұрақ туындайды. Бұл қожайын-паразит жүйесінде көп кездеседі [13].
ОБФ қатысуымен фитопатогенді саңырауқұлақ пен өсімдіктің өзара
әсерлесуінің мысалы ретінде, өсімдіктердің қорғаныс реакцияларының
биологиялық индукторлары – элиситорлармен іске қосылатын тотығу жарылысы
бола алады. Мұндай қасиетке фитопатогенді микроорганизмдердің, атап
айтқанда саңырауқұлақтардың көп метаболиттері ие. Химиялық табиғаты жағынан
элиситорлар әр түрлі, бірақ өсімдікке әсер етуі нәтижелері жағынан ұқсас.
Элиситорлардың өздері белсенді оттегіні өндірмейді, бірақ олар ортада бар
болған жағдайда саңырауқұлақ клеткалары өсімдік тарапынан тотығу стресіне
ұшырайды. Элиситин белоктары [14], арахидон қышқылы [15], саңырауқұлақтың
клетка қабықшасының көмірсу компоненттері [16] сияқты элиситорлардың
әсерінен туындаған тотығу жарылысы жайлы мәліметтер көп жазылған. Бұл
құбылыс басқа да қорғаныс реакциядарының маңызды буыны болуы мүмкін, мысалы
фитоалексиндердің синтезі [15].
Тотығу жарылысы кезінде – фитопатогенді саңырауқұлақтың өсімдікпен
өзара әсерлесуі кезінде ОБФ шамадан тыс бөлініп шығатыны мәлім. Осы уақытқа
дейін ОБФ бірден бір көзі өсімдік деп есептелген болатын [11]. Бұл
өнімдердің түзілуіне саңырауқұлақтардың қандай да бір қатысы бар деген
сұрақ мүлдем қарастырылмады. Док әріптестерімен өз жұмыстарының бірінде
Phytophthora infestans саңырауқұлағы Н2О2 көзі болып табылады деген болжам
ұсынды 16. ОБФ спора суспензиясында немесе жапырақ бетінде ғана емес,
сонымен қатар, сәйкес клеткасыз диффузаттарда да табылғаны маңызды.
Клеткадан бөлініп шыққан Н2О2 диффузатта ондаған минуттар бойы сақтала
алады [13].
Өсімдіктердің микроорганизмдермен өзара әсерлесуі ОБФ – супероксиданион-
радикалы (O2–) және сутегінің асқын тотығының (Н2О2) деңгейлері өзгереді.
Фитопатогенез кезінде ОБФ деңгейі қожайын өсімдіктің патогенді
микроорганизмге төзімділігіне әр түрлі дәрежеде жоғарылайды. ОБФ жоғарылауы
олардың өсімдікті қорғау реакцияларына қатысуына байланысты. ОБФ
сезімталдығы жоғары реакцияны дамытатын басты фактор екендігі белгілі. Бұл
кезде ОБФ тікелей антибактериялық агенттердің, сонымен қатар, қорғаныс
механизмдерін қосушы сигнальдық интермедиаторлардың қызметін атқарады және
инфекциялану кезінде кедергі механизмі ретінде клетка қабырғасын қатайтуға
қатысады [17,18].
Өсімдіктердің инфекцияға қарсы реакциясы әдетте патогенді
организмдердің элиситорларымен индуцирленеді. Көптеген жағдайларда сәйкес
реакциялар өсімдік плазмалеммасында орналасады. Егер саңырауқұлақ элиситоры
клетка қабырғасына бекінген болса, онда рецептормен өзара әсерлесу үшін
инфекциялық гифтің өсімдіктің клетка қабығын тесуі арқылы енуі қажет болады
[5].
Метлицкий өз әріптестерімен “қос индукция” гипотезасын ұсынды [19]. Ол
бойынша, қожайын өсімдік паразит элиситорын байланысқан күйде шығарылуын
жүргізіп, осылайша рацепторлармен өзара өсерлесуді тездетуі мүмкін. Бұндай
рольді, мысалы, элиситорлік қасиет көрсететін саңырауқұлақтың клетка
қабығының фрагменттерінен босап шығатын өсімдіктің литикалық
экзоферменттері атқарады [20].
Соңғы жылдары симбиоздық өзара әсерлесуі кезінде қожайын өсімдік
инфекцияға ОБФ деңгейінің өзгеруімен жауап беретіндігі жайлы жұмыстар пайда
болды. Бірақ қазіргі мәліметтер бір біріне қарама қайшы, ал симбиоз
кезіндегі ОБФ физиологиялық қызметі әлі анық емес [21].
Sinorhizobium meliloti-мен зақымдалған жоңышқа (Medicago sativa L.)
тамырын электронды микроскоппен зерттеген кезде бактерияның өзінде емес,
бактерияны қоршайтын инфекциялық жіпше матриксінде ОБФ локальды түзілулері
болатындығы көрсетілді [22,23]. Бұл мәліметтер тамырға енген ризобиялар
қожайын өсімдіктің бақылауында болатындығын және реттеуге ОБФ қатысатынының
дәлелі. Алайда мұндай жұмыстар әлі аз.
Өсімдіктегі басқа да факторлар элиситордың саңырауқұлақтан босап
шығуына ықпал етуі мүмкін. Өсімдік мүшелерінің бетінде [5, 20], әдетте,
күріш жапырағының инфекциялық тамшыларында [24] ОБФ – сутегінің асқан
тотығы және супероксид радикалы табылған. Олардың өнімі инфекцияға жауап
ретінде, соның ішінде жапырақтардың және күріш каллустарының пирикуляриоз
қоздырғышының (Magnaporthe grisea) спораларымен зақымданғанда күшейеді. Сау
өсімдіктерде ОБФ клеткадан тыс фондық деңгейі болады [25].
1.3 Антиоксиданттар
Антиоксиданттар (гр. anti – қарама-қарсы, қарсы әсер ету деген мағына
береді, және oxys - қышқыл) (антитотықтырғыштыр – тотығу ингибиторлары)
липид, белок және көмірсутектер сияқты полимерлердің құрылымын бұзатын,
тотығу процестерін тежейтін немесе болдырмайтын заттар.
Антиоксиданттар – бұл бос радикалдар үшін қақпан ретінде қызмет
атқаратын биологиялық активті заттар: электрондарын бере отырып, олар өте
белсенді молекулаларды бейтараптандырады да өздері белсенділігі төмен
өнімге айналады. Бірақ, ең бастысы – тотығудың тізбектік реакциясы
тоқтайды, биологиялық “өрт” сөндіріледі. Антиоксиданттардан басқа бұл
қосылыстар тобына гидро асқын тотықты радикалсыз ыдыратуға қабілетті
заттар, сонымен қатар бос радикалды тотығу процестерін катализдейтін
валенттілігі ауыспалы металл иондарын (темір, мыс және басқалары)
байланыстыратын комплексондар жатады [3].
Антиоксиданттарға:
• Ферменттер: организмде синтезделетін супероксиддисмутаза, метионин –
редуктаза, каталаза және глутатионпероксидаза;
• Кейбір витаминдер мен микроэлементтер: А, С, Е витаминдері, бета-
каротин, ликопин, цинк, селен;
• Мелатонин гормоны, таурин аминқышқылы;
• Кейбір жидектер мен шөптер – қара жидек, гинко билоба, қызыл жүзім
(жүзім сабағы мен сүйегі), көк шай;
• Өсімдіктен бөлінген биологиялық активті компоненттер: теополифенол
(көк шай жапырақтарынан алынған) және пентафиллум, ресвератрол (жүзім
флаваноиды), биофлаваноидтар және каратиноидтар жатады.
Антиоксиданттардың көбісін тамақпен, мысалы, бидай өскіндерін, жаңа
піскен жемістер мен көкөністерді қабылдай отырып алуға болады. Бірақ
қазіргі күнде қоршаған орта өте ластанғандықтан бұл жеткіліксіз болып отыр.
Сондықтан да, бос радикалдардың әсерін төмендететін антиоксиданттарды
қосымша қабылдау керек.
Әсер ету механизмі. Көмірсутектер, спирттер, қышқылдар, майлар және
т.б. ауа оттегісімен тотығуы тізбектік процесс болып табылады. Тізбектік
реакциядағы айналымдар асқан тотықты (RO2*), алкоксильді (RO*), алкильді
(R*) – белсенді бос радикалдар қатысуымен іске асады. Тотығудың
тармақталған тізбектік реакцияларына айналым (автокатализ) кезінде
жылдамдықтың жоғарылауы тән. Бұл гидро асқан тотық және т.б. – аралық
өнімдердің ыдырауы кезінде бос радикалдардың түзілуімен байланысты [5].
Ең кең таралған антиоксиданттардың әсер ету механизмдері (ароматты
аминдер, фенолдар, нафтолдар және т.б.) тізбектік реакциялардың үзілуінде:
антиоксидант молекулалары белсенді радикалдармен өзара әсерлесіп,
белсенділігі төмен радикалдар түзеді.
Тотығу гидро асқан тотықты (диалкилсульфидтер және т.б.) бұзатын заттар
бар ортада да бәсеңдейді. Бұл жағдайда бос радикалдардың түзілу жылдамдығы
төмендейді. Антиоксиданттар тіпті аз мөлшерде де (0,01 – 0,001 %) тотығу
жылдамдығын төмендетеді, сондықтан да белгілі бір уақыт аралығында (тежелу
периоды, индукция) тотығу өнімдері қалмайды. Тотығу процестерінің тежелуі
кезінде синергизм құбылысы – антиоксиданттар эффективтілігінің қоспадағы
немесе басқа да заттар бар ортада өзара жоғарылауы маңызды роль атқарады.
Қалыпты қызмет істеп тұрған организмде оттегінің активтенуі мен
дезактивтенуі арасында балланс болады, сондықтан да олардың белсенді
формаларының мөлшері қауіпсіз деңгейде ұсталып тұрады. Бірақ та, жануарлар
немесе өсімдік клеткалары болсын әр түрлі патологиялық және стресстік
жағдайға ұшыраса, балланс тотығу жағына қарай ауытқиды.
1.4 Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе
Клеткаларда ОБФ зақымдаушы әсерінен қорғайтын көпсатылы жүйе болады.
Өсімдік клеткаларында ОБФ түзілуі мен ыдырауы (O2– және H2O2 )
супероксидсинтазалық сигналдық жүйенің бірнеше ферменттерінің қатысуымен
жүреді. Супероксид – дисмутаза (SOD) ферменті O2–-нің H2O2 мен O2 айналуын
катализдейді және бұл эукариот клеткаларынағы тотығу стрессінен қорғайтын
бірінші эшелон болып табылады [26]. H2O2 детоксикациясына қатысатын және
клетканың редокс-баллансын ұстап тұратын сигналды метаболиттік жолдардың
бірі аскорбат – глутатионды айналым жүйесі болып табылады [27]. Аскорбат –
пероксидаза (APOX) ортада H2O2 бар жағдайда аскорбатты (As) гидроаскорбат
(DHA) пен 2H2O дейін тотықтырады. Дегидроаскорбат редуктаза ферменті (DAR)
DHA мен глутатионның тотықсызданған формасының (GSH) әсерлесуін
катализдейді, нәтижесінде As молекуласы мен глутатионнның тотыққан формасы
(GSSG) түзіледі. Глутатион – редуктаза (GR) ферменті GSSG-тың GSH айналуын
жүзеге асырады. As пен GSH антиоксиданттарының тотықсыздану реакциясы NADPH
– тәуелді болып табылады [5].
Сурет 3 – О2 метаболизмінің кейбір өнімдері
Оттегінің шамамен 5% бос радикалдары бар реактивті оттегіге айналады.
О2 метаболизмінің кейбір өнімдері (сурет 3) көрсетілген, олардың ішіндегі
OH• - ең қауіпті қиратушы. Клеткадан сутегінің асқын тотығын шығару - OH•
тудыратын зақымдаулардан макромолекулаларды қорғаудың ең эффективті әдісі.
Глутатион-пероксидаза және каталаза OH• токсинділігі төмен формаларға дейін
өңдейді.
Прокариоттардың аэробты типінің метаболизімінің жұмыс істеуі кезінде
оның О2 өзара әсерлесуінің масштабы бірден артатындықтан, Н2О2 жоюдың
ферментсіз жолдары эффективсіз болады. Көп мөлшерде түзілген сутегінң асқын
тотығын ыдырату үшін Н2О2 ыдырау жылдамдығын бірнеше рет жоғарлататын
арнайы каталаза және пероксидаза сияқты ферменттер қажет. Осылайша, О2
токсинді әсерінен қорғайтын ферменттік қорғаныс жүйесі қалыптасқан. Бұл
жүйеде супероксид-дисмутазалар, каталазалар және пероксидазалар қажетті
компонент ретінде болады (cурет 4).
1 – супероксид-дисмутаза, Мn2+ иондары; 2 - каталаза, пероксидаза; 3 –
каротиноидтармен өшіру.
Сурет 4 – Молекулалық оттегіден клеткалық қорғаныс жүйелері.
Митохондрияларда физиологиялық жағдайда үнемі супероксид генерациясы
жүреді. Митохондриялардың өзінің эффективті құрамында супероксиддисмутаза,
глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, глутатион, NADPH-
трансгидрогеназа, NADPH, токоферолдар мен аскорбат, тиолпероксидазадан
тұратын, SP-22 және митохондрияның тыныс алуы сияқты антиоксидантты жүйесі
болады [28].
1.4.1 Супероксид – дисмутаза
Супероксид–дисмутаза (SOD) клеткалар мен ұлпаларды тотыға бұзылудан
қорғайтын жүйелердің кілтті компонентінің бірі болып табылады. Бұл
антиоксидантты ферментті 1930 жылдардың соңында Манн мен Кеилин [2]
құрамында мысы бар белок ретінде анықтап, гемокуперин, кейінірек
эритрокуперин деп атаған. Супероксид – дисмутазаның биологиялық қызметі мыс
иондарын жинақтауға негізделген деп болжады. Тек 1969 жылы ғана Мак-Корд
пен Фридович [5] гемокупеин супероксидті радикалдың (O2-) дисмутация
реакциясын катализдейтін фермент болып табылатынын анықтады. Жаңа фермент
супероксид – дисмутаза деген атқа ие болды. SOD-ның белсенді орталығында
мыс, мырыш және марганец болады. Өсімдік клеткаларында SOD CuZnSOD, MnSOD
және FeSOD изоформалары болады. Олардың клеткада орналасуы әр түрлі (кесте
1). SOD екі супероксидті радикалдардың бір бірімен өзара әсерлесіп,
токсинді Отоксинділігі төмен сутегінің асқын тотығына айналдыратын –
дисмутация реакциясын катализдейді. SOD активтілігінің 80% астамы
цитозолда, ал қалған 20% - органоидтарда, негізінен митохондрияда
анықталған [29]. Бұл фермент қазіргі кезге дейін сипатталған ең белсенді
ферменттің бірі.
Кесте 1 - Өсімдік клеткаларында SOD изоформаларының орналасуы және
сипаттамасы
SOD SOD сипатамасы Өсімдік клеткаларында
орналасуы
CuZnSOD Гомодимер (33 кДа); активті Хлоропластар,
орталығында 2 г-нан мыс (Cu2+) митохондрия-лар,
және мырыш (Zn2+) иондары бар пероксисомалар, цито-плазма,
апопласт.
MnSOD Гомодимер (46 кДа) немесе Митохондриялар және
гомотетрамер (92 кДа); активті пер-оксисомалар.
орталығында 2 немесе 4 г-нан
марганец (Mn3+) ионы бар
FeSOD Гомодимер (36-46 Хлоропластар және бұршақ
кДа)–хлоро-пластарда; активті тұқымдастары түйнегінің
орталығында темір (Fe3+) 1 ден 2 цитоплазмалары.
атомы және 54 кДа–түйнекті бұршақ
цито-плазмасында–54 кДа; белсенді
орталығында темірдің 2 атомы бар
SOD супероксидті анион–радикалдарының молекулалық оттегі мен сутегінің
асқын тотығына дейін диспропорциялануды катализдейді (1) және бұл эукариот
клеткаларынағы тотығу стрессінен қорғайтын бірінші эшелон болып табылады
[30]:
SOD
2O2- + 2H+ → H2O2 + O2 (1)
SOD әсер ету механизмі ферменттің активті орталығының металдың
супероксидті анион–радикалдарымен бірізді тотықсыздану (2) және тотығуына
(3) негізделген [31]:
SOD–Men+ O2– → SOD–Me(n-1)+ + O2 (2)
SOD–Me(n-1)+ + O2– + 2H+ → SOD–Men+ + H2O2 (3)
SOD-ның O2– әсерлесу жылдамдығы көп жағдайда мембрананың тұтқырлық
деңгейімен анықталады [4].
O2- дисмутациясы спонтанды, SOD-ның қатысуынсыз жүруі мүмкін. Спонтанды
дисмутация жыдамдығы рН 7.0 жағдайында 2х105 M 1c-1, ал SOD бар жағдайда –
2х109 M 1c-1, яғни шамамен 104 жылдам [4]. Қалыпты жағдайларда SOD
ортадағы баллансы O2– радикалдарының өнімділігі мен олардың мөлшерінің
төмендеуімен бақыланып отырады. Қолайсыз факторлар әсер еткен кезде
оттегінің белсенді формаларының, сонымен қатар супероксид радикалының
түзілуі жоғарлайды [31]. Бұл кезде SOD активтілігі әр түрлі өзгереді: бір
жағдайларда ол жоғарлайды, ал екінші жағдайларда төмендегені байқалған, ол
стрестік жағдайлардың әсер ету күшіне (әсердің интенсивтілігі мен
ұзақтылығы), сонымен қатар организмнің қабылдағыштығына, өсімдіктің даму
сатысына және т.б. тәуелді болады. Фермент активтілігі су жеткіліксіз
жағдайда, топырақ ылғалдылығы жоғарлаған кезде, тұздану стрессі мен УФ –
сәулелендіру, өсімдіктерді озон, ауыр металдар және абсциз қышқылымен
өңдегенде жоғарлайды. Ал фермент активтілігінің төмендеуі әсер ету
интенсивтілігі жоғары болған жағдайда, оның алдын ала активтендірусіз
жүзеге асыруға болады. SOD активтілігінің төмендеу әр түрлі себептерге
байланысты болуы мүмкін, мысалы, O2– радикалдарын өшіру үшін ферменттер
пулының көптеп шығындалуы [3].
Супероксид-дисмутаза – тұрақты фермент, оның белсенділігі 700С бойы
жарты сағаттық қайнату немесе ацетон, сірке және тұз қышқылдарымен өңдеу
кезінде өзгермейді. SOD бұл қасиеті құрамында аз мөлшерде сульфгидрильді
топтардың болуына байланысты. Құрамында мырыш-, мыс бар фермент формалары
екі ұқсас суббірліктерден тұрады, олардың әрқайсысының полипептидті
тізбегінің ішінде сульфгидрильді көпіршелері, бір сульфгидрильді тобы және
соңғы аминқышқылы ацетилденген болады [32]. Марганец тәуелді SOD төрт
суббірліктен тұрады. Мырыш атомдары белоктық молекуланы тұрақтандырады, ал
мыс молекулалары бір супероксидті радикалмен ауыса тотықсызданып, катализге
қатысады деп болжайды.
Қолайсыз жағдай кезінде фермент активтілігінің төмендеуі ОБФ
өнімділігінің одан әрі жоғарлауын және өсімдік клеткалары мен ұлпаларының
тотыға зақымдалуын дамытуды қамтамасыз етеді [3].
1.4.2 Аскорбат – пероксидаза
Пероксидазаның ішінде аскорбат-пероксидаза каталитикалық сайттарда
темір маңызды роль атқаратын простетикалық тобының гемі бар белоктар.
Аскорбат-пероксидазаның жоғары туыстық көрсететін электрон доноры сутегінің
асқын тотығы. APOX аскорбин қышқылының концентрциясына сезімталдығы жоғары.
Егер ол өте төмен (20 мкМ аз) болса, фермент тұрақтылығын жоғалтады және
белсенділігі төмендейді. Бұл ферментті өсімдіктен бөліп алу кезінде
туындайтын қиындықтарды түсіндіреді. Миттлер мен Зиелинскас (1991 ж) алғаш
APOX бұршақтың цитозолінен таза күйінде бөліп алған [33].
Өсімдіктің аскорбат-пероксидазасының изоформалары молекулалық массасы,
оптимальді pH, тұрақтылығы және субстратқа туыстығы бойынша ажыратылады.
Аскорбат-пероксидаза катализдейтін реакцияның сызбанұсқасы (4)
төмендегідей:
APOX + H2O2 → Enzyme Ia + H2O
Enzyme I + H2As → Enzyme IIb + HAs.
Enzyme II + H2As → APOX + Has. + H2O
Has. + Has. → H2As + As (4)
a, b I және II ферменттері – тотығу деңгейі әр түрлі формалары (I – 2
бос электрондары бар; II – 1 бос электроны бар формалары)
Has. Аскорбин қышқылының реактивті формалары
Аскорбат-пероксидаза жоғары сатыдағы өсімдіктерде, балдырларда және
кейбір көк жасыл балдырларда табылған. Бірақ бұл фермент жәндіктерде да
анықталған. Тгурапозота өз әріптестерімен өгіз көзінің эпителий ұлпасынан
аскорбин қышқылын анықтаған.
APOX изоформалары қоршаған ортаның стресі кезінде ОБФ қорғаушы ретінде
қызмет атқарады. Сондықтан да, олардың экспрессиясының деңгейі стрестік
жағдайлардың пайда болуын жиі көрсетеді. Бұл стресс APOX-ның цитозольді
және хлоропласты формаларының гендерінің көрінуінің дифференциалды өзгертуі
мүмкін.
APOX индукциясы құрғақшылық, жарықтың интенсивтілігінің жоғарылығы,
суық, тұздану стресі немесе жылыту шогы сияқты сыртқы ортаның қолайсыз
жағдайларының нәтижесінде өсімдіктерде туындаған тотығу стресіне жауап
элементтерінің бірі болып табылды. Аскорбат пероксидаза сонымен қатар,
клеткадағы көптеген табиғи физиологиялық процестердің сигналын беруге
қатысатын оттекті радикалдардың концентрациясын реттеуде маңызды роль
атқарады. Аскорбат пероксидаза клеткадағы сутегінің асқын тотығының уытсыз
деңгейін сақтауға немесе ағым сигналын бақылауға көмектесетін фермент болып
табылады [34].
Аскорбат – тәуелді антиоксидантты жүйе Bulmeria graminis f.sp. hordei
(Bgh) зең саңырауқұлағымен зақымдалған сұлыға зерттелген. Аскорбат –
пероксидазаның (APOX) активтілігінің жоғарылауы инфекцияның ерекше
тіркескен ара қатынасында көрсетілді. APOX белсенділігі эпидермальді және
жалпы жапырақ ұлпасында шешуші болуы мүмкін. Негізінде APOX белсенділігінің
жоғарлауы эпидермиспен салыстырғанда жалпы жапырақ ұлпасында тіркескен ара
қатынас дақылдауда 72 сағат өткен соң көрінді, бірақ APOX белсенділігінің
жоғарлауы эпидерманың өсуін тежемейді [33]. Тіркескен ара қатынаста
монодегидроаскорбат редуктаза (MDHAR) активтілігінің жоғарлауы APOX
активтілігіне қарағанда уақытша және кеңістікті болады. Осыған қарама –
қарсы дегидроаскорбат редуктаза және глутатион редуктаза екуінің
активтілігі төмендейді немесе Bgh инфекциялайды. Тіркескен ара қатынастың
APOX пен MDHAR активтілігінің өсуі зақымдалудың тоқтап қалуына дейін
жалғасады [34].
1.4.3 Глутатион – редуктаза
Оттегінің тотықсыздануы кезіндегі аралық өнімдердің клетка ішілік
деңгейін реттеуде g-глутамилцистеинилглицин трипептиді болып табылатын
глутатион маңызды роль атқарады. Оның құрамында сутегі атомдарын ыдыратуға
қабілетті белсенді SH-топтары болады. GSH эффекті аскорбат және токоферол
сияқты кейбір “өшіруші” ОБФ тотықсыздандыруға негізделген. Бұл трипептид
бос радикалдармен жоғары жылдамдықпен әсерлесіп, оттегі бар ортада
құрамында тотыққан формалы күкірті бар қосылыстарға айналуға қабілетті.
GSH клетка ішілік тотығуының ең маңызды бірінші сатысы қосылу
реакциясынан тұрады. Бос радикалдармен өзара әсерлесу кезінде түзілген
тиильді радикалдардың дисульфидтерге дейін димеризациялануы жүреді.
Оттегінің клеткадағы концентрациясы GSH мөлшерімен сай болғандықтан,
пероксирадикалдар жылдам түзіле бастайды. Бұл жағдайда GSH
глутатионпероксидаза катализдейтін асқын тотықты қосылыстарды инактивтеу
(5) реакциясына қатысады [35]:
R-OOH + 2 GSH R-OH + GSSG + H2O (5)
GSH кейбір экзогенді және эндогенді қосылыстармен, атап айтқанда
мембрана құрылымдары төменгі май қышқылды фосфолипидтердің
гидроасқынтотығымен қосылуы реакциясының нәтижесінде оларды детоксикацияға
ұшыратып, организмнен шығарып тастайды. Бұл реакцияны глутатион-S-
трансфераза катализдейді.
Тотығу кезінде түзілген G-SH глутатиондисульфид, әдетте клеткада
тотықсызданған глутатионға (1•10-4–50•10-4 М) қарағанда, өте төмен
концентрацияда (6•10-6–200•10-6 М) кездеседі. Бірақ оның концентрациясының
ауытқуы кейбір физиологиялық процестерді реттелуде критикалық болып
табылады. Сондықтан да, глутатионредуктаза катализдейтін реакция
нәтижесінде олардың үздіксіз тотықсыздануы іске асады [36].
Глутатион – редуктаза (КФ 1.8.1.7) — тотыққан глутатионның GSSG
дисульфидті байланысын оның сульфгидрильді формасына GSH дейін
тотықсыздандыратын фермент. Глутатионның тотықсыздануы пентоза айналымында
түзілетін NADPH энергиясның арқасында жүреді.
Ол глутатионның дисульфидін (GSSG) тотықсыздандырады да (6), осылайша
клеткадағы GSHGSSG баллансын ұстап тұрады [37]:
GR
GSSG + NADPH + Н+ → 2GSН + NADP+ (6)
Үнемі жоғары оксидативті стреске ұшырайтын эритроциттер сияқты
клеткалардың тұтынатын глюкозасының 10%-не дейінін глутатионның глутатион-
редуктазамен тотықсыздануына жұмсалады.
Гепатоциттердегі глутатиондисульфидінің деңгейі бірден артқан кезде
оның клетка сыртындағы кеңістікке ысырылып тасталуы мүмкін, нәтижесінде ол
өтпен экстракцияланады [38].
GR молекулалық массасы 102000-250000 (бөлініп шығу көзіне байланысты)
тұратын флавопротеид. Фермент молекуласы молекулалық массасы 44000 және
60000 кДа жететін 2 бірдей суббірліктен тұрады. Реакция жүру кезінде ол
суббірліктердің арасындағы қуыста тотыққан глутатион орналасады. Әр
суббірліктің бір соңында флавинадениндинуклеотид (FAD) коферменті, ал
екінші соңында NADPH–байланыстырушы аудан орналасқан [39].
GSHGSSG концентрацияларының ара қатынасы pH 7,0 болған кезде 1100-ға
тең. NADPH қатысатын реакция кезіндегі оптимальді pH мағынасы 7,0-7,5, ал
NADH-пен қышқылды ауданда (~5) болады. pH 7,0 және иондық күш 0,15 М болған
кездегі NADPH қатысатын реакция жылдамдығы NADH-пен салыстырғанда 200 есе
жоғары.
Фермент активтілігі тамақпен рибофлавиннің түсуі жеткіліксіз болған
жағдайда төмендейді. Ферменттер тізбегінде GR глутатиондисульфидті тепе –
теңдікті ұстап тұратын лимиттеуші болып табылмайтынына қарамастан оның in
vivo тежелуі асқын тотықты қосылыстардың инактивтену эффективтілігіне ықпал
етуі мүмкін [4].
GR арнайылығы жоғары, бірақ дисульфидті байланысы бар басқа да бірнеше
қосылыстардың тотықсыздануын төмен жылдамдықпен катализдеуі мүмкін.
Глутатионредуктаза негізінен клетканың еритін бөлігінде болады. Фермент
ядро хроматинінің құрамынан да табылған.
“Глутатион – анти асқынтотықты жүйе” клеткаларды “асқынтотықты
стрестен” қорғайды және әдетте ол жеткіліксіз болған жағдайда ғана маңызы
зақымдар пайда болады. Глутатионды жүйе ОБФ зиянсыз етеді немесе
организмнің екінші қорғаушы линиясы ретінде (макросомалық ферменттер мен
SOD кейін) бірінші линияның жұмысын тотықтырады және аяқтайды немесе оның
қателерін жөндейді.
1.4.4 Каталаза
Каталаза (КФ 1.11.1.6) (грекше χαταλύω – бұзу, қирату) – биологиялық
тотығу процесінде түзілген сутегінің асқын тотығын су және молекулалық
оттегіге ыдырататын, сонымен қатар сутегінің асқын тотығы бар ортада төмен
молекулалы спирттер мен нитриттерді тотықтыратын фермент [29]. Шамамен
барлық организмдерде кездеседі. Олар ұлпалық тыныс алуға қатысады.
САТ кристалл күйінде бөліп алған болатын. Оның молекулалық массасы 250
кДа. Фермент жануар, өсімдік және микроорганизмдер клеткасында кең
таралған. Простетикалық (белоктық емес) топтары ретінде тотыққан гемі
болатын хромопротеидтерге жатады. САТ тотықсыздандырушы субстратқа қатысты
арнайылығы жоғары емес, сондықтан ол H2O2 ыдырауын ғана емес, сонымен бірге
төменгі спирттердің тотығуын катализдеуі мүмкін [40]. САТ қызметі
организмдегі әр түрлі тотығу процестері жүрген кезде түзілген токсинді
сутегінің асқын тотығын бұзуға негізделген.
САТ H2O2-ға туыстығы жоғары емес және оның цитозолдағы концентрациясы
төмен болса, онда каталаза бұл қосылысты эффективті залалсыздандыра
алмайды. Пероксисомаларда H2O2 концентрациясы жоғары болғандықтан, каталаза
оны белсенді ыдыратады [41].
H2O2-нің САТ ыдарауы екі сатыдан тұрады (7):
Fe3+-САТ + 2H2O2 → тотыққан САТ + H2O2 → Fe3+-САТ + H2O2 + O2 (7)
Сонымен бірге САТ тотыққан күйінде пероксидаза сияқты жұмыс істейді.
Пероксидазалық реакцияның субстраттары ретінде этанол, метанол, формиат,
формальдегид және басқа да сутегі донорлары бола алады.
H2O2 ыдырауы нәтижесінде түзілген O2 шамамен 0,5% қозған синглетті
күйде пайда болады, осылайша сутегінің асқын тотығының ыдырауы процесінде
O2 белсенді формалары қайтадан генерацияланады.
САТ және SOD белсенділігі өзара коррелияцияланады. Ол электрондар
ағымының бір тасымалдау тізбегінен басқасына ауысуымен байланысты болуы
мүмкін. Бұл жағдайларда SOD және каталаза клетканың әр түрлі аудандарында
орналасқан O2 ыдыратушы бір жүйенің тізбегі сияқты әсер етеді [42].
Каталазаның максимальді концентрациясы эритроциттерде табылған.
Каталаза – әр түрлі организмдердің металлоферменттері болып табылатын
H2O2-ні су мен молекулалық оттегінің түзілуіне дейін ыдырататын жақын
белоктарының тобы. O2– сияқты H2O2 де, бірқатар ферменттік және
ферменттік емес реакциялар нәтижесінде түзілетін клетканың аэробты
метаболизмінің өнімі. Құрылымы бойынша каталаза әр субъбөлікте берік
байланысқан гемді тобы бар – тетрамерлі хромопротеид. Субъбірлігінің
мөлшері 55-85 кДа дейін болады [6].
Каталаза, SOD сияқты өте активті ферменттер қатарына жатады. Ол шын
мәнінде ешқандай энергияны қажет етпейді және оның жылдамдығы Н2О2
диффузиясымен анықталады. Ферменттің бір молекуласы минутына 44000 молекула
Н2О2 ыдыратуға қабілетті (8) [43]:
САТ
2Н2О2 → 2Н2О + О2 (8)
Сонымен қатар, клеткадағы Н2О2 бір бөлігі глутатион-пероксидаза
көмегімен ыдыратылады [10].
Супероксидөдисмутазалық және бірқатар басқа реакциялардың нәтижесінде
түзілген H2O2-нің клеткадағы концентрациясының жоғарылауы супероксид-
аниондарының жоғарылауна қарағанда, клеткаға қауіптілігі төмен
болғандықтан, оның каталазамен қатализденетін реакцияның үздіксіз
инактивациясы қажет. Бұл фермент бауырда пероксисомаларда көп мөлшерде
кездеседі. Сонымен қатар, ол цитозоль мен митохондрияларда да кездеседі
деген мәліметтер бар. Ферменттің ерекшелігі оның каталазалық, және де
пероксидазалық активтілігінің болуы. Реакцияның бірінші сатысында аралық
өнім - каталаза•Н2О2 немесе І комплекс түзіледі:
каталаза-Fe+++ + Н2О2 I комплекс
I комплекс + Н2О2 каталаза-Fe+++ + 2Н2О + О2
I комплекс + АН2 каталаза-Fe+++ + 2Н2О + А (9)
Жоғарыда көрсетілген теңдеудің екіншісі каталазалық реакцияны, ал
үшіншісі пероксидазалық реакцияны (9) көрсетеді [44].
SOD сияқты CAT әр түрлі ұлпаларда кеңінен таралған. Белсенділік деңгейі
әр түрлі ұлпаларда ғана емес, сонымен қатар клетканың ішінде де бірдей
болмайды. Бауыр, бүйрек және эритроциттерде САТ деңгейі жоғары болады.
Гепатоциттердің пероксисомаларында белсенділік деңгейі жоғары, сонымен
бірге микросомалар мен цитозольда САТ белсенді.
Көп организмдер үшін САТ бір формасының болуы тән, осылайша каталаза әр
түрлі реттеледі және олардың кейбіреулері организмнің даму циклімен
байланысқан. Каталаза активтілігінің жоғары болуы конидиялардың пісіп
жетілуі мен өсуі кезіндегі синтездің күрт жоғарлауымен байланысты [3].
Каталаза SOD сияқты өте активті ферменттер қатарына жатады. Ол ешқандай
активация энергиясын қажет етпейді және оның жылдамдығы Н2О2 диффузиясымен
анықталады. Ферменттің бір молекуласы минутына Н2О2–нің 44000 молекуласын
ыдыратуға қабілетті. Сонымен бірге, клеткадағы Н2О2–нің бір бөлігі
глутатионпероксидазамен ыдыратылады [32].
1.4.5 Пероксидаза
Пероксидаза (ЕС 1.11.1.7.) бактериялардан сүтқоректілерге дейінгі тірі
организмдерде көпшілігінде табылған көпфункциялық құрамында тиолы бар
пероксидазалар тұқымдасынан тұрады. PRx – екі компонентті фермент. Бірінші
компоненті – активті топ, субстраттармен химиялық байланысқа түсетін
бөлігі. Екінші – коллоидты белокты “тасымалдаушы” бөлігі, осы топ
ферменттің каталитикалық әсерін күшейтуші болып табылады. PRx глобулярлы
белок, диаметрі 50 Аº. Бұл фермент акцептор ретінде судың асқын тотығына
әсер етеді. PRx боялмаған гликопротеинді және қоңыр – қызыл
феррипорфириннен тұрады [45].
Өсімдік ұлпаларының вирустар, бактериялар, саңырауқұлақтармен
залалдануы пероксидазаның индукциясына әкеледі. Бұл пероксидазалық жауап
қорғаныш механизмінің бір бөлігі және де бұл барлық өсімдіктерге тән.
Кейбір жағдайларда арнайы изопероксидазаларды анықтауға болады. Мысалы
картоптың ісігінің пайда болуы кезінде қышқыл пероксидазалардың түзілуі
көрінген. PRx синтезінің индукциясы транскрипция, сонымен қатар
трансляциямен бақылануы мүмкін.
PRx негізгі қызметі – химиялық қосылыстардың тотығуын Н2О2 көмегімен
катализдеу. Бұл процесс кезінде аралық комплекстер түзіледі. 1 комплекс
Н2О2 қосылғанда түзіледі де (10), ол тез арада 2 – комплекске айналады
(11). 3 (12) – және 4 – комплекстер (13) Н2О2 аралық мөлшерде түзіледі.
E + S1→k1←k2 E1 + H2O (10)
E1+ S2→k2 E2 + P (11)
E2+ S2→k3 E + P (12)
2P→k4P (13)
Мұндағы,
Е - нативті фермент, Е1 және Е2- 1 және 2 комплекстердің аралық
қосылыстары,
S2 және S1 – сутегінің асқын тотығы және оның доноры,
К – реакция жылдамдығының константасы,
P – реакция өнімі.
Фромма [45] зерттеуі бойынша, PRx әсер ету механизмі үш субстратқа
арналған реакция екенін көрсетті. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
БИОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ
МАГИСТРАТУРАСЫ
Биотехнология, биохимия, өсімдіктер физиологиясы кафедрасы
МАГИСТРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
СУПЕРОКСИДСИНТАЗАЛЫҚ СИГНАЛДЫҚ ЖҮЙЕ ФЕРМЕНТТЕРІНІҢ КАРТОПТЫҢ F. SOLANI
САҢЫРАУҚҰЛАҒЫМЕН ЗАҚЫМДАНУ КЕЗІНДЕГІ ҚОРҒАНЫС РЕАКЦИЯЛАРЫН ЗЕРТТЕУ
Орындаған:
2-курс магистранты ______________________ Байқара Б.Т.
Ғылыми жетекшісі:
б.ғ.к., ЖҒҚ ______________________ Сапко О.А.
“__” ________ 2010 жыл
б.ғ.д., профессор ______________________ Бейсембаева Р.У.
“__” ________ 2010 жыл
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі:
б.ғ.д., профессор ______________________ Карпенюк Т.А.
“__” ________ 2010 жыл
Алматы, 2010
РЕФЕРАТ
Магистрлік диссертация 44 бет, 12 сурет, 1 кесте, 1 сызбанұсқа, 53
әдебиет тізімінен тұрады.
Негізгі сөздер: оттегінің белсенді формалары, F. solani саңырауқұлағы,
картоп, Тамаша және Санта сұрыптары, патогенез, супероксидсинтазалық
сигнальды жүйе, супероксид-дисмутаза, аскорбат-пероксидаза, каталаза,
пероксидаза.
Зерттеу объектісі: Республикалық микроорганизмдер коллекциясынан
алынған F. solani саңырауқұлағының F-RKM 0166 (патогенді) және F-RKM 0167
(патогенсіз) штаммдары және Тамаша (төзімді сұрып) және Санта (сезімтал
сұрып) картобының түйнектері мен суспензиясы.
Жұмыстың мақсаты: картоптың саңырауқұлақпен зақымданғандағы оттегінің
белсенді формаларын реттеуге қатысатын антиоксидантты ферменттердің қызмет
ету механизмдерін зерттеу.
Міндеті: картоптың саңырауқұлақпен зақымдану кезіндегі қорғаныс
жауабындағы антиоксидантты жүйе ферменттерінің қызметін зерттеу. Fusarium
solani – Solanum tuberosum жүйесіндегі паразит-қожайынның өзара әсерлесуі
кезіндегі Н2О2 сигнальді қызметінің іске асуын анықтау. Fusarium solani
саңырауқұлағының патогенді және патогенсіз штаммдарыдағы SOD функциясына
экзогенді Н2О2 әсерін зерттеу.
Нәтижелер: картоптың төзімді (Тамаша) және сезімтал (Санта)
сұрыптарының F. solani саңырауқұлағының патогенді және патогенсіз
штаммдарымен зақымдану кезіндегі супероксидсинтазалық сигнальды жүйе
ферменттерінің корғаныс реакциялары зерттелді.
F.solani-S.tuberosum жүйесіндегі өзара әсерлесуінің іске асуында тотығу-
тотықсыздану процестері маңызды роль атқаратынын дәлелдейді. Картоптың
Fusarium solani зақымданған кездегі каталаза реактивтілігін талдау
биохимиялық маркері ретінде пайдалауға болады.
Саңырауқұлақпен зақымдану кезіндегі Н2О2 эндогенді деңгейінің өзгеруі
қожайынның төзімділігі мен саңырауқұлақтың патогенділігіне тәуелді.
SOD ферментінің активтілігінің реттелуі штамм патогенділігі мен оның
орналасуына тәуелді болады.
Зерттеу жұмысы Айтхожин атындағы молекулалық биология және биохимия
институтының табиғи қосылыстар зат алмасу энзимологиясы лабораториясында
жүргізілді.
Мазмұны
Белгілеулер мен қысқартылған 4
сөздер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ...
1 НЕГІЗГІ 6
БӨЛІМ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ...
1.1 Стрестік әсер кезіндегі оттегінің белсенді формаларының
қызметі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ..
1.2 Фитопатогенді саңырауқұлақтардың өсімдіктермен өзара әсерлесуі
кезіндегі ОБФ түзілуі 10
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ...
1.3 Антиоксиданттар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11
... ... ... ... ... ... ... ... .. ..
1.4 Супероксидсинтазалық сигналдық 13
жүйе ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...
1.4.1Супероксид-дисмутаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
... ... ... ... ... ... ... ...
1.4.2Аскорбат-пероксидаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
... ... ... ... ... ... ... ...
1.4.3Глутатион-редуктаза ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.4.4Каталаза ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ..
1.4.5Пероксидаза ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ...
1.5 Картоптың фузариозды 23
аурулары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .
..
1.6 Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе ферменттерінің ауыл
шаруашылық дақылдарын патогенез кезіндегі қорғаныс
реакцияларына қатысуының 24
зерттелуі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
2 ЗЕРТТЕУ ОБЪЕКТІСІ ЖӘНЕ 26
ӘДІСТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.1 Зерттеу 26
объектілері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... .
2.1.1Зерттеуге алынған F. solani саңырауқұлағының 26
сипаттамасы ... ... ..
2.1.2Тәжірибеге қолданылған картоп дақылының 26
сипаттамасы ... ... ... ...
2.2 Зерттеу 27
әдістері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ...
2.2.1Супероксид-дисмутаза ферментінің белсенділігін анықтау 27
әдісі ... .
2.2.2Каталаза ферментінің белсенділігін анықтау 28
әдісі ... ... ... ... ... ... ... . .
2.2.3Аскорбат-пероксидаза ферментінің белсенділігін анықтау 28
әдісі ... ..
2.2.4Пероксидаза ферментінің белсенділігін анықтау 29
әдісі ... ... ... ... ... ...
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ТАЛҚЫЛАУЛАР ... ... ... ... ... ... ... .31
3.1 Төзімділігі әр түрлі картоп түйнектерінің саңырауқұлақпен
зақымдану кезіндегі қорғаныс жауабындағы супероксид-синтазалық
сигналдық жүйе ферменттерінің қызметі ... ... ... ... ... ... 31
3.2 Fusarium solani – Solanum tuberosum жүйесіндегі
паразит-қожайынның өзара әсерлесуі кезіндегі Н2О2 сигналды
қызметінің іске 34
асуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .
3.3 Fusarium solani саңырауқұлағының патогенді және патогенсіз
штаммдарыдағы супероксиддисмутаза функциясына экзогенді H2O2
әсері ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .36
... ... ... ... ... ... ... ... .. ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .40
... ... ... ... ... ... ... ... ..
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР 41
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Белгілеулер мен қысқартылған сөздер
ОБФ – оттегінің белсенді формалары
NADPH – никотинамидадениндинуклеотидфосфат (тотықсызданған формасы)
NOX – NADPH–оксидаза
SOD – супероксид-дисмуаза
APOX – аскорбат-пероксидаза
As – аскробат
GSH – глутатионның тотықсызданған формасы
GSSG – глутатионнның тотыққан формасы
GR – глутатион–редуктаза
NADH – никотинамидадениндинуклеотид (тотықсызданған формасы)
NADP – никотинамидадениндинуклеотидфосфат (тотыққан формасы)
NAD – никотинамидадениндинуклеотид (тотыққан формасы)
FAD – флавинадениндинуклеотид
GR – глутатион-редуктаза
САТ – каталаза
КІРІСПЕ
Өсімдіктердің стрестік жағдайларға бейімделу механизмдерін зерттеу
қазіргі заманғы биологиялық зерттеулердің перспективті бағыттарының бірі.
Зерттеушілердің назары көбінесе өсімдіктердің патогендердің әсеріне
биохимиялық және молекулалық жауап механизмдерінің өзекті мәселелеріне,
солардың ішінде қорғаныс жауабына сигналдық жүйелердің қатысу
ерекшеліктерін анықтауға бағытталуда.
Өсімдіктердің қорғаныс механизмдерін идентификациялау – негізгі ауыл
шаруашылық дақылдарының өнімділігін арттыру мақсатында төзімділік табиғатын
түсіну өте маңызды.
Клеткалардың сигналдық жүйелері өсімдіктердің патогендерге қарсы
иммунитеттің қалыптасуында үлкен роль атқаратыны көрсетілген [1].
Өсімдіктерді әр түрлі ауру қоздырғыштармен зақымдау мультикомпонентті
жауап ретінде қарастырылатын, әдетте метаболитикалық өзгерістердің каскадын
шақыратын кең тараған стрестік әсер болып табылады. Олар биосинтезге
қатысатын полисахаридтер, фенолдар, лигнин, суберин, фитоалексиндер,
фитонцидтер мен ферменттердің, гидроксипролинге бай белоктардың жинақталуы,
“pathogensis-related” (PR)-белоктарының, атап айтқанда, хитиназа,
глюканаза, протеиназа ингибиторлары, басқа да стрестік белоктардың
(пероксидаза және т.б.) синтезін индукциялауды және деңгейін жоғарлатуды
жүзеге асырады. Патогендермен зақымдалған кезде өсімдік клеткаларында ген
экспрессиясының қайта программалануы жүреді, ол бір белоктардың синтезінің
төмендеп, басқасының түзілуі немесе зақымданбаған өсімдіктердің ұлпаларында
кездеспейтін белоктардың пайда болуында көрінеді. Бұл сигналдық қосылыстар
– элиситорлардың көмегімен жүзеге асатыны анықталған [1].
Өсімдік клеткаларының сигналдық жүйесін зерттеу, олар стрестің
молекулалық механизмдерінің негізін құраушы ретінде ғана үлкен теориялық
маңыздылыққа ие емес, сонымен қатар сигналдық жүйелердің табиғи элиситорлар
мен интермедиатор негізінде эффективті антипатогенді препараттар жасап
шығаруда практикалық маңыздылығы да бар.
Картоп – құнды ауыл шаруашылық дақылы. Ал оның өнімділігінің төмендеуі
әр түрлі фитопатогенді саңырауқұлақтар мен вирустар тудыратын аурулар.
Біздің ел үшін ең өзектісі, картоптың құрғақ фузариозды шіруі. Картоптың
құрғақ фузариозды шірігі ауруының қоздырғышы – фузариум туысының әр түрлі
саңырауқұлақтары (Fusarium solani).
Келесі бөлім – әдебиетке шолуда сигналдық жүйелердің негізгі
ферменттерінің патогенге қарсы қызмет ету механизмдері көрсетілген.
1. НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1. Стрестік әсер кезіндегі оттегінің белсенді формаларының қызметі
Н. А. Бах биологиялық тотығудың асқын тотық теориясын ашқаннан бері 100
жылдам астам уақыт өтті (1897 ж.). Биологиялық тотығу теориясының негізінде
биологиялық жүйелердегі оттегі молекуласын алдын ала активтендіру
қажеттілігі жатты. Бах өз жұмыстарында өсімдіктер мен саңырауқұлақтар
клеткасында оттегінің асқын тотығын (H2O2) тауып, оны эксперимет жүзінде
дәлелдеді.
Оттегінің белсенді формалары (ОБФ) саңырауқұлақтарда метаболиттік
белсенділік процесінде түзіледі. ОБФ түзілуі әр түрлі стресстік факторлар
әсерімен, сонымен қатар ашығу, жарық, механикалық зақымдалу, басқа тірі
объектермен әсерлесу кезінде өсіп отырады [2].
Бос радикал дегеніміз ішкі қабатында бір немесе бірнеше жұптаспаған
электрондар бар бөлшектер (атом немесе молекула). Бұл жағдай радикалдарды
химиялық тұрақсыз және өте белсенді етеді, өйткені олар өздеріне
жеткіліксіз электронды қоршаған молекулалардан алуға немесе артық
электроннан құтылуға тырысады. Соның нәтижесінде биологиялық құрылымдарды
бұзатын басқарылмайтын тізбектік реакция дамуы мүмкін [3].
Сурет 1 – Кейбір молекулалар мен радикалдардың электрондық құрылымы
Әдетте бос радикалдар организмде аз мөлшерде кездеседі және сау
организм оларды бақылайды. Кейбір бос радикалдарды иммундық жүйе өндіреді.
Олар вирустар мен бактерияларды бұзады. Басқа бос радикалдар маңызды
гормондар синтезіне және тіршілік етуге қажетті ферменттерді белсендетуге
қатысады. Бос радикалдар организмге қажетті энергия және әр түрлі
субстанциялар өндіру үшін керек.
Көптеген бос радикалдардың түзілуі олардың одан да көп мөлшерінің
түзілуін ырықтандырады, ол организмді үлкен шығынға ұшыратады. Нәтижесінде
бос радикалдардың қауіпті мөлшері бар ортада генетикалық мәліметтің
клеткамен кодталу әдісі өзгеріп, белок құрылымы бұзылуы мүмкін. Иммундық
жүйе бөтен белоктарды танып, оларды жоюға тырысады. Соңында мутацияға
ұшыраған белоктар иммундық жүйені бұзады. Ол лейкемия және ісіктің басқа
түрлеріне, жүрек және басқа ауруларға шалдықтыруы мүмкін.
Бос радикалдар қорғаушы клетка мембранасын бұзуға қабілетті, организмде
сұйықтықтың жинақталуына әкелуі мүмкін, ол организмнің жылдам қартаюына
ықпал етеді. Сонымен қатар, осы кезде организмдегі кальций деңгейі бұзылып,
бұл да әр түрлі ауруларға душар еткізеді.
Бос радикалдардың түзілуіне әр түрлі факторлар, атап айтқанда:
радиациялық сәулелену, күнде үзақ сәулелендіру, қоршаған ортаны ластаушы
заттар – темекі түтіні, көлік пайдаланған газдар, майға бай диета әсер
етеді.
Сурет 2 – Бос радикалдардың қалыптасу механизмдері және олардың ДНҚ
тізбегін шабуылдау жолдары.
Тотығу стрессінің дамуының алғашқы сатысы – активтілігі жоғары
оттегінің бос радикалды формаларының шектен тыс түзілуі болып табылады.
Бұның себебі, митохондрия қызметінің бұзылуы мүмкін. Түзілген оттегінің бос
радикалды формалары фосфолипидтерге, атап айтқанда олардың құрамына енетін
және фосфолипидтердің ыдырауы кезінде босап шыққан қанықпаған май
қышқылдарына әсер етеді де, оларды асқын тотықты тотығуға ұшыратады. Осы
тотығу кезінде белгілі қышқылдардың зақымдаушы қасиеті мен тотығудың
токсинді өнімінің бос радикалды формалары түзіледі. Нәтижесінде клетка
құрылымының бұзылуы мен тіпті клетка өлімге де ұшырауы мүмкін. Бос
радикалды тотығудың бірізді реакциясы сызбанұсқада көрсетілген [4].
O2 O2- H2O2 OH- H2O
супероксид- оттегінің
гидроксилді
анионрадикал асқын тотығы радикал
Фосфолипидтер
(қанықпаған май қышқылдары)
Аралық өнімдер
(алкильді, алкоксильді, пероксильді радикалдар)
Біріншілік өнімдер
(липидтердің гидро асқын тотығы, диенді конъюгаттар және т.б.)
Екіншілік өнімдер
(малонды диальдегид, триенді конъюгаттар және т.б.)
Соңғы өнім
(Шифф негіздері және газ тәріздес қоспалар)
Сызбанұсқа 1 – Бос радикалды тотығудың бірізді реакциясы
Оттегінің белсенді формасы (ОБФ) – өте күшті тотықтыру қабілеті бар
оттегі туындыларының бос радикалды молекулалардың тобы. Олар әдетте тыныс
алу тізбегі жұмысының жанама өнімдері болып табылады.
Қазіргі уақытта өсімдіктерге көптеген стресстік факторлармен әсер ету
кезіндегі ең ерте пайда болатын стрестік реакция – оттегінің белсенді
формаларының (ОБФ) түзілуі: супероксидті анион (O2-), сутегінің асқын
тотығы (H2O2), гидроксильді радикал (OH-) және т.б [5].
Тірі организмдердің метаболиттік жолына оттегінің қатысуы оның
активтілігі мен бірқатар реакцияға түсуге қабілетті молекулалардың
түзілуімен байланысты: клеткада ішкі және сыртқы факторлардың әсерінен
оттегі қозған синглетті (1O2), супероксид радикалы (O2−), гидроксильді
радикал (OH•), асқын тотықты радикал (HO•2), асқын тотықты ион (HO2−),
оттегінің асқын тотығы (H2O2), азот оксиді (NO•) күйінде болады.
Қазіргі уақытта O2− клеткадағы негізгі көзі тыныс алу процесі
нәтижесінде оттегінің суға дейін толық тотықсызданбауы болып табылады.
Сонымен қатар, реакцияларда супероксиданион-радикал (O2−) ксантиноксидаза,
микросомалық монооксигеназа, липоксигеназа, циклогексеназалардың қатысуымен
және де тиолдар, флавиндер, хинондар, катехоламиндер, ксенобиотиктердің
тотықсызданған айналымының өздігінен тотығуы нәтижесінде пайда болады.
ОБФ клеткаішілік деңгейінің жоғарылауы өсудің тоқталуымен және
клеткаішілік оксиданттардың түзілуінің төмендеуі және клетканың өзгерген
тіршілік ету жағдайына бейімделуіне бағытталған морфологиялық өзгерістерді
тудырады [6]. Н2О2 барлық тыныс алатын клеткалардағы ең маңызды
метаболиттердің бірі болып табылады. Сутегінің асқын тотығы ОБФ маңызды
компоненті және клетка активтілігін реттейді. Н2О2 антиоксидантты
қорғаныстың гендер экспрессиясын индуцирлей отырып, Aspergillus nidulans
транскрипцияның біршама өзгеруін тудырады [7], сонымен қатар, склероция
Sclerotium rolfsii дифференцирленуін ырықтандырады [8], Neurospora crassa
картиногенезінің гендер экспрессиясының деңгейін жоғарлатады, және
Ustuilago maydis филаментті өсуге өтуіне және оның патогенділігінің пайда
болуына ықпал ететіні көрсетілді [9]. S. rolfsii дифференцирленуі клетка
ішінде Н2О2 түзілуімен байланысты, оның концентрациясы жарық пен темір
иондарының әсерімен жоғарлап отырды. Осылайша, саңырауқұлақтарда,
миксомицеттерде және балдырларда ОБФ түзілуі дифференцирлену факторы үшін
өте қажетті [8].
ОБФ биохимиялық эффекттерінің кең спектрі және олардың клетканың
функциялық активтілігіне әсері, зерттеудің осы бағытына қызығушылық артып
отырғанын түсіндіреді. ОБФ реакциялық қабілеті жоғары болғандықтан, ол кез
келген макромолекулаларды зақымдай алады. Липидтердің асқын тотығуы,
белоктар мен нуклеин қышқылының тотыға модификациялануы – оттегі
радикалдарының токсинді әсерінің нәтижесі. ОБФ төмен концентрациясы
эукариоттардың әр түрлі клеткалық қызметтерін, атап айтқанда пролиферация,
гормондар синтезі, тотығу “жарылысы”, апоптоз және басқаларын реттеуге
қатысуға қабілетті. Токсиндік әсерінен басқа ОБФ реттеуші активтілігі
бірқатар патологиялық күйлердің ажырамас бөлігі болып табылады. Эукариот
клеткаларында ОБФ клетка аралық сигналдық молекулалардан және олардың
мембраналық рецепторларынан ген экспрессиясын бақылаушы клетка ішілік
реттеуші жүйелерге реттеуші сигналды беру кезінде мессенджерлер ретінде
қызмет атқарады [10].
Тотығу жарылысы – фитопатогенді саңырауқұлақтың өсімдікпен өзара
әсерлесуі кезінде ОБФ шамадан тыс бөлініп шығуы. Осы уақытқа дейін ОБФ
бірден бір көзі өсімдік деп есептелген болатын [11]. Бірақ Док
әріптестерімен өз жұмыстарының бірінде Phytophthora infestans саңырауқұлағы
Н2О2 көзі болып табылады деген болжам ұсынды [12]. ОБФ спора суспензиясында
немесе жапырақ бетінде ғана емес, сонымен қатар, сәйкес клеткасыз
диффузаттарда да табылғаны маңызды. Клеткадан бөлініп шыққан Н2О2
диффузатта ондаған минуттар бойы сақтала алады [13]. Осылайша, патогенді
саңырауқұлақ клеткаларында кездесетін немесе олармен клеткадан тыс ортаға
бөлінетін кейбір элиситорлар немесе токсиндер қожайын организмді және
паразитті тотығу стрессіне ұшыратады. Бұл құбылыстың биологиялық әсері әр
түрлі жағдайларда тура қарама–қарсы болуы мүмкін, яғни ол инфекцияға ықпал
етуі де және де оған қарсы әсер етуі де мүмкін. ОБФ көп жағдайда
фитопатогенді саңырауқұлақ пен қожайын өсімдіктің өзара әсерлесуін, сонымен
қатар, көптеген жағдайларда – өсімдіктің ауруға төзімділігін жоғарлататын
фактор ретінде анықталады [11].
Тотығу “жарылысы” өсімдіктердің қорғау реакцияларының биологиялық
индукторлары – элиситорлармен іске қосылатыны анық. Элиситорлық қасиетке
паторгенді саңырауқұлақтардың көптеген метаболиттері ие. Элиситорлардың
өздері ОБФ өндірмейді, бірақ олар бар ортада саңырауқұлақ клеткалары
өсімдіктер жағынан тотығу стрессіне ұшырайды. Сондай-ақ, ОБФ әсерімен
элиситорлық активтілікті индукциялау мүмкін. H2O2 төмен концентрациясы
сигналды молекула болып табылады және өсімдік клеткасында қорғаушы
метаболиттердің синтезін ырықтандыратыны анықталған. ОБФ генерациялайтын
саңырауқұлақтарға арналған кейбір арнайы әдістер токсиндермен байланысқан,
олар үшін O2– қожайынды улайтын делдал ретінде қызмет атқарады. Соның
ішінде, Fusarium туысының саңырауқұлақтарының нафтазарин токсині өсімдік
субстраттарымен қараңғыдағы тотығу – тотықсыздану реакцияларында ОБФ
генерациясы жүреді. Fusarium туысы саңырауқұлақтарынан бөлініп алынған
биаувертицин және Т-2 токсиндері, сонымен қатар қызанақ өсімдігінің
аскорбат – глутатионді айналым ферменттерін активтендіреді [11].
1.2 Фитопатогенді саңырауқұлақтардың өсімдіктермен өзара әсерлесуі
кезіндегі ОБФ түзілуі
Өзара тығыз әсерлесетін әр түрлі организмдерден тұратын жүйеде барлық
жағдайда, жаңа өнім пайда болады. Осы жерде олар қай организмге тиесілі
деген сұрақ туындайды. Бұл қожайын-паразит жүйесінде көп кездеседі [13].
ОБФ қатысуымен фитопатогенді саңырауқұлақ пен өсімдіктің өзара
әсерлесуінің мысалы ретінде, өсімдіктердің қорғаныс реакцияларының
биологиялық индукторлары – элиситорлармен іске қосылатын тотығу жарылысы
бола алады. Мұндай қасиетке фитопатогенді микроорганизмдердің, атап
айтқанда саңырауқұлақтардың көп метаболиттері ие. Химиялық табиғаты жағынан
элиситорлар әр түрлі, бірақ өсімдікке әсер етуі нәтижелері жағынан ұқсас.
Элиситорлардың өздері белсенді оттегіні өндірмейді, бірақ олар ортада бар
болған жағдайда саңырауқұлақ клеткалары өсімдік тарапынан тотығу стресіне
ұшырайды. Элиситин белоктары [14], арахидон қышқылы [15], саңырауқұлақтың
клетка қабықшасының көмірсу компоненттері [16] сияқты элиситорлардың
әсерінен туындаған тотығу жарылысы жайлы мәліметтер көп жазылған. Бұл
құбылыс басқа да қорғаныс реакциядарының маңызды буыны болуы мүмкін, мысалы
фитоалексиндердің синтезі [15].
Тотығу жарылысы кезінде – фитопатогенді саңырауқұлақтың өсімдікпен
өзара әсерлесуі кезінде ОБФ шамадан тыс бөлініп шығатыны мәлім. Осы уақытқа
дейін ОБФ бірден бір көзі өсімдік деп есептелген болатын [11]. Бұл
өнімдердің түзілуіне саңырауқұлақтардың қандай да бір қатысы бар деген
сұрақ мүлдем қарастырылмады. Док әріптестерімен өз жұмыстарының бірінде
Phytophthora infestans саңырауқұлағы Н2О2 көзі болып табылады деген болжам
ұсынды 16. ОБФ спора суспензиясында немесе жапырақ бетінде ғана емес,
сонымен қатар, сәйкес клеткасыз диффузаттарда да табылғаны маңызды.
Клеткадан бөлініп шыққан Н2О2 диффузатта ондаған минуттар бойы сақтала
алады [13].
Өсімдіктердің микроорганизмдермен өзара әсерлесуі ОБФ – супероксиданион-
радикалы (O2–) және сутегінің асқын тотығының (Н2О2) деңгейлері өзгереді.
Фитопатогенез кезінде ОБФ деңгейі қожайын өсімдіктің патогенді
микроорганизмге төзімділігіне әр түрлі дәрежеде жоғарылайды. ОБФ жоғарылауы
олардың өсімдікті қорғау реакцияларына қатысуына байланысты. ОБФ
сезімталдығы жоғары реакцияны дамытатын басты фактор екендігі белгілі. Бұл
кезде ОБФ тікелей антибактериялық агенттердің, сонымен қатар, қорғаныс
механизмдерін қосушы сигнальдық интермедиаторлардың қызметін атқарады және
инфекциялану кезінде кедергі механизмі ретінде клетка қабырғасын қатайтуға
қатысады [17,18].
Өсімдіктердің инфекцияға қарсы реакциясы әдетте патогенді
организмдердің элиситорларымен индуцирленеді. Көптеген жағдайларда сәйкес
реакциялар өсімдік плазмалеммасында орналасады. Егер саңырауқұлақ элиситоры
клетка қабырғасына бекінген болса, онда рецептормен өзара әсерлесу үшін
инфекциялық гифтің өсімдіктің клетка қабығын тесуі арқылы енуі қажет болады
[5].
Метлицкий өз әріптестерімен “қос индукция” гипотезасын ұсынды [19]. Ол
бойынша, қожайын өсімдік паразит элиситорын байланысқан күйде шығарылуын
жүргізіп, осылайша рацепторлармен өзара өсерлесуді тездетуі мүмкін. Бұндай
рольді, мысалы, элиситорлік қасиет көрсететін саңырауқұлақтың клетка
қабығының фрагменттерінен босап шығатын өсімдіктің литикалық
экзоферменттері атқарады [20].
Соңғы жылдары симбиоздық өзара әсерлесуі кезінде қожайын өсімдік
инфекцияға ОБФ деңгейінің өзгеруімен жауап беретіндігі жайлы жұмыстар пайда
болды. Бірақ қазіргі мәліметтер бір біріне қарама қайшы, ал симбиоз
кезіндегі ОБФ физиологиялық қызметі әлі анық емес [21].
Sinorhizobium meliloti-мен зақымдалған жоңышқа (Medicago sativa L.)
тамырын электронды микроскоппен зерттеген кезде бактерияның өзінде емес,
бактерияны қоршайтын инфекциялық жіпше матриксінде ОБФ локальды түзілулері
болатындығы көрсетілді [22,23]. Бұл мәліметтер тамырға енген ризобиялар
қожайын өсімдіктің бақылауында болатындығын және реттеуге ОБФ қатысатынының
дәлелі. Алайда мұндай жұмыстар әлі аз.
Өсімдіктегі басқа да факторлар элиситордың саңырауқұлақтан босап
шығуына ықпал етуі мүмкін. Өсімдік мүшелерінің бетінде [5, 20], әдетте,
күріш жапырағының инфекциялық тамшыларында [24] ОБФ – сутегінің асқан
тотығы және супероксид радикалы табылған. Олардың өнімі инфекцияға жауап
ретінде, соның ішінде жапырақтардың және күріш каллустарының пирикуляриоз
қоздырғышының (Magnaporthe grisea) спораларымен зақымданғанда күшейеді. Сау
өсімдіктерде ОБФ клеткадан тыс фондық деңгейі болады [25].
1.3 Антиоксиданттар
Антиоксиданттар (гр. anti – қарама-қарсы, қарсы әсер ету деген мағына
береді, және oxys - қышқыл) (антитотықтырғыштыр – тотығу ингибиторлары)
липид, белок және көмірсутектер сияқты полимерлердің құрылымын бұзатын,
тотығу процестерін тежейтін немесе болдырмайтын заттар.
Антиоксиданттар – бұл бос радикалдар үшін қақпан ретінде қызмет
атқаратын биологиялық активті заттар: электрондарын бере отырып, олар өте
белсенді молекулаларды бейтараптандырады да өздері белсенділігі төмен
өнімге айналады. Бірақ, ең бастысы – тотығудың тізбектік реакциясы
тоқтайды, биологиялық “өрт” сөндіріледі. Антиоксиданттардан басқа бұл
қосылыстар тобына гидро асқын тотықты радикалсыз ыдыратуға қабілетті
заттар, сонымен қатар бос радикалды тотығу процестерін катализдейтін
валенттілігі ауыспалы металл иондарын (темір, мыс және басқалары)
байланыстыратын комплексондар жатады [3].
Антиоксиданттарға:
• Ферменттер: организмде синтезделетін супероксиддисмутаза, метионин –
редуктаза, каталаза және глутатионпероксидаза;
• Кейбір витаминдер мен микроэлементтер: А, С, Е витаминдері, бета-
каротин, ликопин, цинк, селен;
• Мелатонин гормоны, таурин аминқышқылы;
• Кейбір жидектер мен шөптер – қара жидек, гинко билоба, қызыл жүзім
(жүзім сабағы мен сүйегі), көк шай;
• Өсімдіктен бөлінген биологиялық активті компоненттер: теополифенол
(көк шай жапырақтарынан алынған) және пентафиллум, ресвератрол (жүзім
флаваноиды), биофлаваноидтар және каратиноидтар жатады.
Антиоксиданттардың көбісін тамақпен, мысалы, бидай өскіндерін, жаңа
піскен жемістер мен көкөністерді қабылдай отырып алуға болады. Бірақ
қазіргі күнде қоршаған орта өте ластанғандықтан бұл жеткіліксіз болып отыр.
Сондықтан да, бос радикалдардың әсерін төмендететін антиоксиданттарды
қосымша қабылдау керек.
Әсер ету механизмі. Көмірсутектер, спирттер, қышқылдар, майлар және
т.б. ауа оттегісімен тотығуы тізбектік процесс болып табылады. Тізбектік
реакциядағы айналымдар асқан тотықты (RO2*), алкоксильді (RO*), алкильді
(R*) – белсенді бос радикалдар қатысуымен іске асады. Тотығудың
тармақталған тізбектік реакцияларына айналым (автокатализ) кезінде
жылдамдықтың жоғарылауы тән. Бұл гидро асқан тотық және т.б. – аралық
өнімдердің ыдырауы кезінде бос радикалдардың түзілуімен байланысты [5].
Ең кең таралған антиоксиданттардың әсер ету механизмдері (ароматты
аминдер, фенолдар, нафтолдар және т.б.) тізбектік реакциялардың үзілуінде:
антиоксидант молекулалары белсенді радикалдармен өзара әсерлесіп,
белсенділігі төмен радикалдар түзеді.
Тотығу гидро асқан тотықты (диалкилсульфидтер және т.б.) бұзатын заттар
бар ортада да бәсеңдейді. Бұл жағдайда бос радикалдардың түзілу жылдамдығы
төмендейді. Антиоксиданттар тіпті аз мөлшерде де (0,01 – 0,001 %) тотығу
жылдамдығын төмендетеді, сондықтан да белгілі бір уақыт аралығында (тежелу
периоды, индукция) тотығу өнімдері қалмайды. Тотығу процестерінің тежелуі
кезінде синергизм құбылысы – антиоксиданттар эффективтілігінің қоспадағы
немесе басқа да заттар бар ортада өзара жоғарылауы маңызды роль атқарады.
Қалыпты қызмет істеп тұрған организмде оттегінің активтенуі мен
дезактивтенуі арасында балланс болады, сондықтан да олардың белсенді
формаларының мөлшері қауіпсіз деңгейде ұсталып тұрады. Бірақ та, жануарлар
немесе өсімдік клеткалары болсын әр түрлі патологиялық және стресстік
жағдайға ұшыраса, балланс тотығу жағына қарай ауытқиды.
1.4 Супероксидсинтазалық сигналдық жүйе
Клеткаларда ОБФ зақымдаушы әсерінен қорғайтын көпсатылы жүйе болады.
Өсімдік клеткаларында ОБФ түзілуі мен ыдырауы (O2– және H2O2 )
супероксидсинтазалық сигналдық жүйенің бірнеше ферменттерінің қатысуымен
жүреді. Супероксид – дисмутаза (SOD) ферменті O2–-нің H2O2 мен O2 айналуын
катализдейді және бұл эукариот клеткаларынағы тотығу стрессінен қорғайтын
бірінші эшелон болып табылады [26]. H2O2 детоксикациясына қатысатын және
клетканың редокс-баллансын ұстап тұратын сигналды метаболиттік жолдардың
бірі аскорбат – глутатионды айналым жүйесі болып табылады [27]. Аскорбат –
пероксидаза (APOX) ортада H2O2 бар жағдайда аскорбатты (As) гидроаскорбат
(DHA) пен 2H2O дейін тотықтырады. Дегидроаскорбат редуктаза ферменті (DAR)
DHA мен глутатионның тотықсызданған формасының (GSH) әсерлесуін
катализдейді, нәтижесінде As молекуласы мен глутатионнның тотыққан формасы
(GSSG) түзіледі. Глутатион – редуктаза (GR) ферменті GSSG-тың GSH айналуын
жүзеге асырады. As пен GSH антиоксиданттарының тотықсыздану реакциясы NADPH
– тәуелді болып табылады [5].
Сурет 3 – О2 метаболизмінің кейбір өнімдері
Оттегінің шамамен 5% бос радикалдары бар реактивті оттегіге айналады.
О2 метаболизмінің кейбір өнімдері (сурет 3) көрсетілген, олардың ішіндегі
OH• - ең қауіпті қиратушы. Клеткадан сутегінің асқын тотығын шығару - OH•
тудыратын зақымдаулардан макромолекулаларды қорғаудың ең эффективті әдісі.
Глутатион-пероксидаза және каталаза OH• токсинділігі төмен формаларға дейін
өңдейді.
Прокариоттардың аэробты типінің метаболизімінің жұмыс істеуі кезінде
оның О2 өзара әсерлесуінің масштабы бірден артатындықтан, Н2О2 жоюдың
ферментсіз жолдары эффективсіз болады. Көп мөлшерде түзілген сутегінң асқын
тотығын ыдырату үшін Н2О2 ыдырау жылдамдығын бірнеше рет жоғарлататын
арнайы каталаза және пероксидаза сияқты ферменттер қажет. Осылайша, О2
токсинді әсерінен қорғайтын ферменттік қорғаныс жүйесі қалыптасқан. Бұл
жүйеде супероксид-дисмутазалар, каталазалар және пероксидазалар қажетті
компонент ретінде болады (cурет 4).
1 – супероксид-дисмутаза, Мn2+ иондары; 2 - каталаза, пероксидаза; 3 –
каротиноидтармен өшіру.
Сурет 4 – Молекулалық оттегіден клеткалық қорғаныс жүйелері.
Митохондрияларда физиологиялық жағдайда үнемі супероксид генерациясы
жүреді. Митохондриялардың өзінің эффективті құрамында супероксиддисмутаза,
глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, глутатион, NADPH-
трансгидрогеназа, NADPH, токоферолдар мен аскорбат, тиолпероксидазадан
тұратын, SP-22 және митохондрияның тыныс алуы сияқты антиоксидантты жүйесі
болады [28].
1.4.1 Супероксид – дисмутаза
Супероксид–дисмутаза (SOD) клеткалар мен ұлпаларды тотыға бұзылудан
қорғайтын жүйелердің кілтті компонентінің бірі болып табылады. Бұл
антиоксидантты ферментті 1930 жылдардың соңында Манн мен Кеилин [2]
құрамында мысы бар белок ретінде анықтап, гемокуперин, кейінірек
эритрокуперин деп атаған. Супероксид – дисмутазаның биологиялық қызметі мыс
иондарын жинақтауға негізделген деп болжады. Тек 1969 жылы ғана Мак-Корд
пен Фридович [5] гемокупеин супероксидті радикалдың (O2-) дисмутация
реакциясын катализдейтін фермент болып табылатынын анықтады. Жаңа фермент
супероксид – дисмутаза деген атқа ие болды. SOD-ның белсенді орталығында
мыс, мырыш және марганец болады. Өсімдік клеткаларында SOD CuZnSOD, MnSOD
және FeSOD изоформалары болады. Олардың клеткада орналасуы әр түрлі (кесте
1). SOD екі супероксидті радикалдардың бір бірімен өзара әсерлесіп,
токсинді Отоксинділігі төмен сутегінің асқын тотығына айналдыратын –
дисмутация реакциясын катализдейді. SOD активтілігінің 80% астамы
цитозолда, ал қалған 20% - органоидтарда, негізінен митохондрияда
анықталған [29]. Бұл фермент қазіргі кезге дейін сипатталған ең белсенді
ферменттің бірі.
Кесте 1 - Өсімдік клеткаларында SOD изоформаларының орналасуы және
сипаттамасы
SOD SOD сипатамасы Өсімдік клеткаларында
орналасуы
CuZnSOD Гомодимер (33 кДа); активті Хлоропластар,
орталығында 2 г-нан мыс (Cu2+) митохондрия-лар,
және мырыш (Zn2+) иондары бар пероксисомалар, цито-плазма,
апопласт.
MnSOD Гомодимер (46 кДа) немесе Митохондриялар және
гомотетрамер (92 кДа); активті пер-оксисомалар.
орталығында 2 немесе 4 г-нан
марганец (Mn3+) ионы бар
FeSOD Гомодимер (36-46 Хлоропластар және бұршақ
кДа)–хлоро-пластарда; активті тұқымдастары түйнегінің
орталығында темір (Fe3+) 1 ден 2 цитоплазмалары.
атомы және 54 кДа–түйнекті бұршақ
цито-плазмасында–54 кДа; белсенді
орталығында темірдің 2 атомы бар
SOD супероксидті анион–радикалдарының молекулалық оттегі мен сутегінің
асқын тотығына дейін диспропорциялануды катализдейді (1) және бұл эукариот
клеткаларынағы тотығу стрессінен қорғайтын бірінші эшелон болып табылады
[30]:
SOD
2O2- + 2H+ → H2O2 + O2 (1)
SOD әсер ету механизмі ферменттің активті орталығының металдың
супероксидті анион–радикалдарымен бірізді тотықсыздану (2) және тотығуына
(3) негізделген [31]:
SOD–Men+ O2– → SOD–Me(n-1)+ + O2 (2)
SOD–Me(n-1)+ + O2– + 2H+ → SOD–Men+ + H2O2 (3)
SOD-ның O2– әсерлесу жылдамдығы көп жағдайда мембрананың тұтқырлық
деңгейімен анықталады [4].
O2- дисмутациясы спонтанды, SOD-ның қатысуынсыз жүруі мүмкін. Спонтанды
дисмутация жыдамдығы рН 7.0 жағдайында 2х105 M 1c-1, ал SOD бар жағдайда –
2х109 M 1c-1, яғни шамамен 104 жылдам [4]. Қалыпты жағдайларда SOD
ортадағы баллансы O2– радикалдарының өнімділігі мен олардың мөлшерінің
төмендеуімен бақыланып отырады. Қолайсыз факторлар әсер еткен кезде
оттегінің белсенді формаларының, сонымен қатар супероксид радикалының
түзілуі жоғарлайды [31]. Бұл кезде SOD активтілігі әр түрлі өзгереді: бір
жағдайларда ол жоғарлайды, ал екінші жағдайларда төмендегені байқалған, ол
стрестік жағдайлардың әсер ету күшіне (әсердің интенсивтілігі мен
ұзақтылығы), сонымен қатар организмнің қабылдағыштығына, өсімдіктің даму
сатысына және т.б. тәуелді болады. Фермент активтілігі су жеткіліксіз
жағдайда, топырақ ылғалдылығы жоғарлаған кезде, тұздану стрессі мен УФ –
сәулелендіру, өсімдіктерді озон, ауыр металдар және абсциз қышқылымен
өңдегенде жоғарлайды. Ал фермент активтілігінің төмендеуі әсер ету
интенсивтілігі жоғары болған жағдайда, оның алдын ала активтендірусіз
жүзеге асыруға болады. SOD активтілігінің төмендеу әр түрлі себептерге
байланысты болуы мүмкін, мысалы, O2– радикалдарын өшіру үшін ферменттер
пулының көптеп шығындалуы [3].
Супероксид-дисмутаза – тұрақты фермент, оның белсенділігі 700С бойы
жарты сағаттық қайнату немесе ацетон, сірке және тұз қышқылдарымен өңдеу
кезінде өзгермейді. SOD бұл қасиеті құрамында аз мөлшерде сульфгидрильді
топтардың болуына байланысты. Құрамында мырыш-, мыс бар фермент формалары
екі ұқсас суббірліктерден тұрады, олардың әрқайсысының полипептидті
тізбегінің ішінде сульфгидрильді көпіршелері, бір сульфгидрильді тобы және
соңғы аминқышқылы ацетилденген болады [32]. Марганец тәуелді SOD төрт
суббірліктен тұрады. Мырыш атомдары белоктық молекуланы тұрақтандырады, ал
мыс молекулалары бір супероксидті радикалмен ауыса тотықсызданып, катализге
қатысады деп болжайды.
Қолайсыз жағдай кезінде фермент активтілігінің төмендеуі ОБФ
өнімділігінің одан әрі жоғарлауын және өсімдік клеткалары мен ұлпаларының
тотыға зақымдалуын дамытуды қамтамасыз етеді [3].
1.4.2 Аскорбат – пероксидаза
Пероксидазаның ішінде аскорбат-пероксидаза каталитикалық сайттарда
темір маңызды роль атқаратын простетикалық тобының гемі бар белоктар.
Аскорбат-пероксидазаның жоғары туыстық көрсететін электрон доноры сутегінің
асқын тотығы. APOX аскорбин қышқылының концентрциясына сезімталдығы жоғары.
Егер ол өте төмен (20 мкМ аз) болса, фермент тұрақтылығын жоғалтады және
белсенділігі төмендейді. Бұл ферментті өсімдіктен бөліп алу кезінде
туындайтын қиындықтарды түсіндіреді. Миттлер мен Зиелинскас (1991 ж) алғаш
APOX бұршақтың цитозолінен таза күйінде бөліп алған [33].
Өсімдіктің аскорбат-пероксидазасының изоформалары молекулалық массасы,
оптимальді pH, тұрақтылығы және субстратқа туыстығы бойынша ажыратылады.
Аскорбат-пероксидаза катализдейтін реакцияның сызбанұсқасы (4)
төмендегідей:
APOX + H2O2 → Enzyme Ia + H2O
Enzyme I + H2As → Enzyme IIb + HAs.
Enzyme II + H2As → APOX + Has. + H2O
Has. + Has. → H2As + As (4)
a, b I және II ферменттері – тотығу деңгейі әр түрлі формалары (I – 2
бос электрондары бар; II – 1 бос электроны бар формалары)
Has. Аскорбин қышқылының реактивті формалары
Аскорбат-пероксидаза жоғары сатыдағы өсімдіктерде, балдырларда және
кейбір көк жасыл балдырларда табылған. Бірақ бұл фермент жәндіктерде да
анықталған. Тгурапозота өз әріптестерімен өгіз көзінің эпителий ұлпасынан
аскорбин қышқылын анықтаған.
APOX изоформалары қоршаған ортаның стресі кезінде ОБФ қорғаушы ретінде
қызмет атқарады. Сондықтан да, олардың экспрессиясының деңгейі стрестік
жағдайлардың пайда болуын жиі көрсетеді. Бұл стресс APOX-ның цитозольді
және хлоропласты формаларының гендерінің көрінуінің дифференциалды өзгертуі
мүмкін.
APOX индукциясы құрғақшылық, жарықтың интенсивтілігінің жоғарылығы,
суық, тұздану стресі немесе жылыту шогы сияқты сыртқы ортаның қолайсыз
жағдайларының нәтижесінде өсімдіктерде туындаған тотығу стресіне жауап
элементтерінің бірі болып табылды. Аскорбат пероксидаза сонымен қатар,
клеткадағы көптеген табиғи физиологиялық процестердің сигналын беруге
қатысатын оттекті радикалдардың концентрациясын реттеуде маңызды роль
атқарады. Аскорбат пероксидаза клеткадағы сутегінің асқын тотығының уытсыз
деңгейін сақтауға немесе ағым сигналын бақылауға көмектесетін фермент болып
табылады [34].
Аскорбат – тәуелді антиоксидантты жүйе Bulmeria graminis f.sp. hordei
(Bgh) зең саңырауқұлағымен зақымдалған сұлыға зерттелген. Аскорбат –
пероксидазаның (APOX) активтілігінің жоғарылауы инфекцияның ерекше
тіркескен ара қатынасында көрсетілді. APOX белсенділігі эпидермальді және
жалпы жапырақ ұлпасында шешуші болуы мүмкін. Негізінде APOX белсенділігінің
жоғарлауы эпидермиспен салыстырғанда жалпы жапырақ ұлпасында тіркескен ара
қатынас дақылдауда 72 сағат өткен соң көрінді, бірақ APOX белсенділігінің
жоғарлауы эпидерманың өсуін тежемейді [33]. Тіркескен ара қатынаста
монодегидроаскорбат редуктаза (MDHAR) активтілігінің жоғарлауы APOX
активтілігіне қарағанда уақытша және кеңістікті болады. Осыған қарама –
қарсы дегидроаскорбат редуктаза және глутатион редуктаза екуінің
активтілігі төмендейді немесе Bgh инфекциялайды. Тіркескен ара қатынастың
APOX пен MDHAR активтілігінің өсуі зақымдалудың тоқтап қалуына дейін
жалғасады [34].
1.4.3 Глутатион – редуктаза
Оттегінің тотықсыздануы кезіндегі аралық өнімдердің клетка ішілік
деңгейін реттеуде g-глутамилцистеинилглицин трипептиді болып табылатын
глутатион маңызды роль атқарады. Оның құрамында сутегі атомдарын ыдыратуға
қабілетті белсенді SH-топтары болады. GSH эффекті аскорбат және токоферол
сияқты кейбір “өшіруші” ОБФ тотықсыздандыруға негізделген. Бұл трипептид
бос радикалдармен жоғары жылдамдықпен әсерлесіп, оттегі бар ортада
құрамында тотыққан формалы күкірті бар қосылыстарға айналуға қабілетті.
GSH клетка ішілік тотығуының ең маңызды бірінші сатысы қосылу
реакциясынан тұрады. Бос радикалдармен өзара әсерлесу кезінде түзілген
тиильді радикалдардың дисульфидтерге дейін димеризациялануы жүреді.
Оттегінің клеткадағы концентрациясы GSH мөлшерімен сай болғандықтан,
пероксирадикалдар жылдам түзіле бастайды. Бұл жағдайда GSH
глутатионпероксидаза катализдейтін асқын тотықты қосылыстарды инактивтеу
(5) реакциясына қатысады [35]:
R-OOH + 2 GSH R-OH + GSSG + H2O (5)
GSH кейбір экзогенді және эндогенді қосылыстармен, атап айтқанда
мембрана құрылымдары төменгі май қышқылды фосфолипидтердің
гидроасқынтотығымен қосылуы реакциясының нәтижесінде оларды детоксикацияға
ұшыратып, организмнен шығарып тастайды. Бұл реакцияны глутатион-S-
трансфераза катализдейді.
Тотығу кезінде түзілген G-SH глутатиондисульфид, әдетте клеткада
тотықсызданған глутатионға (1•10-4–50•10-4 М) қарағанда, өте төмен
концентрацияда (6•10-6–200•10-6 М) кездеседі. Бірақ оның концентрациясының
ауытқуы кейбір физиологиялық процестерді реттелуде критикалық болып
табылады. Сондықтан да, глутатионредуктаза катализдейтін реакция
нәтижесінде олардың үздіксіз тотықсыздануы іске асады [36].
Глутатион – редуктаза (КФ 1.8.1.7) — тотыққан глутатионның GSSG
дисульфидті байланысын оның сульфгидрильді формасына GSH дейін
тотықсыздандыратын фермент. Глутатионның тотықсыздануы пентоза айналымында
түзілетін NADPH энергиясның арқасында жүреді.
Ол глутатионның дисульфидін (GSSG) тотықсыздандырады да (6), осылайша
клеткадағы GSHGSSG баллансын ұстап тұрады [37]:
GR
GSSG + NADPH + Н+ → 2GSН + NADP+ (6)
Үнемі жоғары оксидативті стреске ұшырайтын эритроциттер сияқты
клеткалардың тұтынатын глюкозасының 10%-не дейінін глутатионның глутатион-
редуктазамен тотықсыздануына жұмсалады.
Гепатоциттердегі глутатиондисульфидінің деңгейі бірден артқан кезде
оның клетка сыртындағы кеңістікке ысырылып тасталуы мүмкін, нәтижесінде ол
өтпен экстракцияланады [38].
GR молекулалық массасы 102000-250000 (бөлініп шығу көзіне байланысты)
тұратын флавопротеид. Фермент молекуласы молекулалық массасы 44000 және
60000 кДа жететін 2 бірдей суббірліктен тұрады. Реакция жүру кезінде ол
суббірліктердің арасындағы қуыста тотыққан глутатион орналасады. Әр
суббірліктің бір соңында флавинадениндинуклеотид (FAD) коферменті, ал
екінші соңында NADPH–байланыстырушы аудан орналасқан [39].
GSHGSSG концентрацияларының ара қатынасы pH 7,0 болған кезде 1100-ға
тең. NADPH қатысатын реакция кезіндегі оптимальді pH мағынасы 7,0-7,5, ал
NADH-пен қышқылды ауданда (~5) болады. pH 7,0 және иондық күш 0,15 М болған
кездегі NADPH қатысатын реакция жылдамдығы NADH-пен салыстырғанда 200 есе
жоғары.
Фермент активтілігі тамақпен рибофлавиннің түсуі жеткіліксіз болған
жағдайда төмендейді. Ферменттер тізбегінде GR глутатиондисульфидті тепе –
теңдікті ұстап тұратын лимиттеуші болып табылмайтынына қарамастан оның in
vivo тежелуі асқын тотықты қосылыстардың инактивтену эффективтілігіне ықпал
етуі мүмкін [4].
GR арнайылығы жоғары, бірақ дисульфидті байланысы бар басқа да бірнеше
қосылыстардың тотықсыздануын төмен жылдамдықпен катализдеуі мүмкін.
Глутатионредуктаза негізінен клетканың еритін бөлігінде болады. Фермент
ядро хроматинінің құрамынан да табылған.
“Глутатион – анти асқынтотықты жүйе” клеткаларды “асқынтотықты
стрестен” қорғайды және әдетте ол жеткіліксіз болған жағдайда ғана маңызы
зақымдар пайда болады. Глутатионды жүйе ОБФ зиянсыз етеді немесе
организмнің екінші қорғаушы линиясы ретінде (макросомалық ферменттер мен
SOD кейін) бірінші линияның жұмысын тотықтырады және аяқтайды немесе оның
қателерін жөндейді.
1.4.4 Каталаза
Каталаза (КФ 1.11.1.6) (грекше χαταλύω – бұзу, қирату) – биологиялық
тотығу процесінде түзілген сутегінің асқын тотығын су және молекулалық
оттегіге ыдырататын, сонымен қатар сутегінің асқын тотығы бар ортада төмен
молекулалы спирттер мен нитриттерді тотықтыратын фермент [29]. Шамамен
барлық организмдерде кездеседі. Олар ұлпалық тыныс алуға қатысады.
САТ кристалл күйінде бөліп алған болатын. Оның молекулалық массасы 250
кДа. Фермент жануар, өсімдік және микроорганизмдер клеткасында кең
таралған. Простетикалық (белоктық емес) топтары ретінде тотыққан гемі
болатын хромопротеидтерге жатады. САТ тотықсыздандырушы субстратқа қатысты
арнайылығы жоғары емес, сондықтан ол H2O2 ыдырауын ғана емес, сонымен бірге
төменгі спирттердің тотығуын катализдеуі мүмкін [40]. САТ қызметі
организмдегі әр түрлі тотығу процестері жүрген кезде түзілген токсинді
сутегінің асқын тотығын бұзуға негізделген.
САТ H2O2-ға туыстығы жоғары емес және оның цитозолдағы концентрациясы
төмен болса, онда каталаза бұл қосылысты эффективті залалсыздандыра
алмайды. Пероксисомаларда H2O2 концентрациясы жоғары болғандықтан, каталаза
оны белсенді ыдыратады [41].
H2O2-нің САТ ыдарауы екі сатыдан тұрады (7):
Fe3+-САТ + 2H2O2 → тотыққан САТ + H2O2 → Fe3+-САТ + H2O2 + O2 (7)
Сонымен бірге САТ тотыққан күйінде пероксидаза сияқты жұмыс істейді.
Пероксидазалық реакцияның субстраттары ретінде этанол, метанол, формиат,
формальдегид және басқа да сутегі донорлары бола алады.
H2O2 ыдырауы нәтижесінде түзілген O2 шамамен 0,5% қозған синглетті
күйде пайда болады, осылайша сутегінің асқын тотығының ыдырауы процесінде
O2 белсенді формалары қайтадан генерацияланады.
САТ және SOD белсенділігі өзара коррелияцияланады. Ол электрондар
ағымының бір тасымалдау тізбегінен басқасына ауысуымен байланысты болуы
мүмкін. Бұл жағдайларда SOD және каталаза клетканың әр түрлі аудандарында
орналасқан O2 ыдыратушы бір жүйенің тізбегі сияқты әсер етеді [42].
Каталазаның максимальді концентрациясы эритроциттерде табылған.
Каталаза – әр түрлі организмдердің металлоферменттері болып табылатын
H2O2-ні су мен молекулалық оттегінің түзілуіне дейін ыдырататын жақын
белоктарының тобы. O2– сияқты H2O2 де, бірқатар ферменттік және
ферменттік емес реакциялар нәтижесінде түзілетін клетканың аэробты
метаболизмінің өнімі. Құрылымы бойынша каталаза әр субъбөлікте берік
байланысқан гемді тобы бар – тетрамерлі хромопротеид. Субъбірлігінің
мөлшері 55-85 кДа дейін болады [6].
Каталаза, SOD сияқты өте активті ферменттер қатарына жатады. Ол шын
мәнінде ешқандай энергияны қажет етпейді және оның жылдамдығы Н2О2
диффузиясымен анықталады. Ферменттің бір молекуласы минутына 44000 молекула
Н2О2 ыдыратуға қабілетті (8) [43]:
САТ
2Н2О2 → 2Н2О + О2 (8)
Сонымен қатар, клеткадағы Н2О2 бір бөлігі глутатион-пероксидаза
көмегімен ыдыратылады [10].
Супероксидөдисмутазалық және бірқатар басқа реакциялардың нәтижесінде
түзілген H2O2-нің клеткадағы концентрациясының жоғарылауы супероксид-
аниондарының жоғарылауна қарағанда, клеткаға қауіптілігі төмен
болғандықтан, оның каталазамен қатализденетін реакцияның үздіксіз
инактивациясы қажет. Бұл фермент бауырда пероксисомаларда көп мөлшерде
кездеседі. Сонымен қатар, ол цитозоль мен митохондрияларда да кездеседі
деген мәліметтер бар. Ферменттің ерекшелігі оның каталазалық, және де
пероксидазалық активтілігінің болуы. Реакцияның бірінші сатысында аралық
өнім - каталаза•Н2О2 немесе І комплекс түзіледі:
каталаза-Fe+++ + Н2О2 I комплекс
I комплекс + Н2О2 каталаза-Fe+++ + 2Н2О + О2
I комплекс + АН2 каталаза-Fe+++ + 2Н2О + А (9)
Жоғарыда көрсетілген теңдеудің екіншісі каталазалық реакцияны, ал
үшіншісі пероксидазалық реакцияны (9) көрсетеді [44].
SOD сияқты CAT әр түрлі ұлпаларда кеңінен таралған. Белсенділік деңгейі
әр түрлі ұлпаларда ғана емес, сонымен қатар клетканың ішінде де бірдей
болмайды. Бауыр, бүйрек және эритроциттерде САТ деңгейі жоғары болады.
Гепатоциттердің пероксисомаларында белсенділік деңгейі жоғары, сонымен
бірге микросомалар мен цитозольда САТ белсенді.
Көп организмдер үшін САТ бір формасының болуы тән, осылайша каталаза әр
түрлі реттеледі және олардың кейбіреулері организмнің даму циклімен
байланысқан. Каталаза активтілігінің жоғары болуы конидиялардың пісіп
жетілуі мен өсуі кезіндегі синтездің күрт жоғарлауымен байланысты [3].
Каталаза SOD сияқты өте активті ферменттер қатарына жатады. Ол ешқандай
активация энергиясын қажет етпейді және оның жылдамдығы Н2О2 диффузиясымен
анықталады. Ферменттің бір молекуласы минутына Н2О2–нің 44000 молекуласын
ыдыратуға қабілетті. Сонымен бірге, клеткадағы Н2О2–нің бір бөлігі
глутатионпероксидазамен ыдыратылады [32].
1.4.5 Пероксидаза
Пероксидаза (ЕС 1.11.1.7.) бактериялардан сүтқоректілерге дейінгі тірі
организмдерде көпшілігінде табылған көпфункциялық құрамында тиолы бар
пероксидазалар тұқымдасынан тұрады. PRx – екі компонентті фермент. Бірінші
компоненті – активті топ, субстраттармен химиялық байланысқа түсетін
бөлігі. Екінші – коллоидты белокты “тасымалдаушы” бөлігі, осы топ
ферменттің каталитикалық әсерін күшейтуші болып табылады. PRx глобулярлы
белок, диаметрі 50 Аº. Бұл фермент акцептор ретінде судың асқын тотығына
әсер етеді. PRx боялмаған гликопротеинді және қоңыр – қызыл
феррипорфириннен тұрады [45].
Өсімдік ұлпаларының вирустар, бактериялар, саңырауқұлақтармен
залалдануы пероксидазаның индукциясына әкеледі. Бұл пероксидазалық жауап
қорғаныш механизмінің бір бөлігі және де бұл барлық өсімдіктерге тән.
Кейбір жағдайларда арнайы изопероксидазаларды анықтауға болады. Мысалы
картоптың ісігінің пайда болуы кезінде қышқыл пероксидазалардың түзілуі
көрінген. PRx синтезінің индукциясы транскрипция, сонымен қатар
трансляциямен бақылануы мүмкін.
PRx негізгі қызметі – химиялық қосылыстардың тотығуын Н2О2 көмегімен
катализдеу. Бұл процесс кезінде аралық комплекстер түзіледі. 1 комплекс
Н2О2 қосылғанда түзіледі де (10), ол тез арада 2 – комплекске айналады
(11). 3 (12) – және 4 – комплекстер (13) Н2О2 аралық мөлшерде түзіледі.
E + S1→k1←k2 E1 + H2O (10)
E1+ S2→k2 E2 + P (11)
E2+ S2→k3 E + P (12)
2P→k4P (13)
Мұндағы,
Е - нативті фермент, Е1 және Е2- 1 және 2 комплекстердің аралық
қосылыстары,
S2 және S1 – сутегінің асқын тотығы және оның доноры,
К – реакция жылдамдығының константасы,
P – реакция өнімі.
Фромма [45] зерттеуі бойынша, PRx әсер ету механизмі үш субстратқа
арналған реакция екенін көрсетті. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz