Өсімдіктердің тотығу стрессін бақылаудағы супероксид дитутаз (SOD) рөлі

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Өсімдіктердің тотығу стрессін бақылаудағы супероксид дитутаз (SOD) рөлі

Оттегінің химиялық белсендi түрлерi (ОБТ) тек қана стресске
ұшырайтын клеткаларда ғана емес, сонымен қатар стресске ұшырамайтын
клеткаларда да бөлінеді. Өсімдіктерде ОБТ-ң түзілуі қысқартатын және
жоғалта алатын, ОБТ-не қарсы жақсы-дамыған қорғаныш системасы бар. Стресс
болмаған жағдайда O2-ң түзілуі мен жоғалуы бірдей деңгейде болады. Бірақ,
стресс жағдайындағы ОБТ -ң түзілуінің жоғарылауымен байланысты қорғаныш
системасы төмендеткіш болуы мүмкін. Супероксид диемутазалар(СОД) клетканың
ішінде ОБТ-не қарсы бірінші қорғаныш линиясын түзейді. СОД-ң ішінде
функсиялардың мамандануы, ферменттің клетка-ішілік ламинациясының
комбинациясымен және геномдық қатардағы бастаушы (бастапқы) қатарлары мен
байланысты болуы мүмкін. Элементтердің жалпы СОД -ң бастапқы қатарларындағы
Fe, Mn, CuZn сияқты регуляторлық аудандардың шығу тегінің алыс емес
екендігін көрсетеді. Үш аудандағы бастапқы Fе СОД үш генінің айырмашылығы,
зеттеуші әдебиеттердегі регуляторлық бақылауда айырмашылықтың бар екендігін
болжайды. Егерде Mn-ң бастаушы қатары мен CuZn СОД-ң проксимальді қатары
үш бірдей элемент болса, бұл ортақ регуляторлық жолды табу деген сөз.
Өсімдік клеткаларында аксидатты қорғаныс жауаптарының молекулалық
негіздерін әрі қарай анализдеу үшін барлық инструменттер (керек-жарақтар)
бар. Осы қорғаныстардың ең маңызды бөлімінде міндетті түрде СОД тұрады,
әсіресе ОБТ толығымен қауіпсізденген күндері келесі өте қажетті
жағдайлармен байланысқан кезде. Электрон тасымалдаушы тізбектердің
барлығында O2 түзіледі, осыған байланысты O2 активтілігін клетканың әртүрлі
бөлімдерінде, митохосуфияда, микросома хлоропластарында, гиноксисамаларда,
пероксисамаларда, апопластарда және цитозальда да кездесуі мүмкін. Және де
СОД осы субклеткалық бөлімдердің барлығында кездесетіндігі таңқаларлық
жағдай емес. Осындай клеткалық бөлімдердің O2-ң түзілуіне шамалас сайттар
болатын болса, онда митохондриялар, оларопластар және пероксисомалар ОБТ-ң
ең маңызды генераторлары болады.
O2 зарядталған молекуласы үшін фосфолипид мембраналар өткізбейтін
қасиет көрсетеді. Олай болса O2-ні жоятын СОД, O2 радиакалдары түзілетін
бөлімдерде болады. Ферметтерде қолданатын металл ко-факторларына сүйене
отырып СОД-ты 3 топқа бөлеміз; темір SOD (FESOD); магнит SOD (Mn SOD); және
мыс-қалайыны (цинк) SOD (Cu-Zn SOD) және де осы SOD-р клетканың әртүрлі
бөлімдерінде локализденеді. Fe SOD-хлоропластарда локализденеді, Mn SOD
митохондриялар мен перексисамаларда және Cu-Zn SOD хлоропластар мен
клеткаішілік кеңістік цитозальдерде. Осы үш түрлі SOD-ң аминқышқылдарының
қатарын салыстырған кезде, Mn мен Fe SOD салыстырмалы түрде ертерек пайда
болған түрлер екен сонымен қатар бұл ферменттердің шығу тегі бір фермент
болуы мүмкін, ал Cu-Zn SOD болса Mn мен Fe SOD-ң қатарларына ұқсастығы жоқ
болғандықтан олар бөлек эукариоттардан тараған деген болжам айтуға болады.
Эвалюциянық негізде SOD-ты бөлу үшін,металдардың әртүрлі қасиеттеріне
сүйене отырып олардың биосферадағы O2-ң құрамына қатысты әртүрлі ерігіш
ауыспалы металдық комплектілер әртүрлі геологиялық ортада атмосферада
түрлілес.

Темір SOD.
Темір SOD тобы SOD топтарының ішіндегі ең ежелгі түрі болуы мүмкін.
Бірінші SOD-ң активті сайтында ко-фактор ретінде бірінші металл болып
темір қолданылған деген болжам бар, себебі сол кенздерде оны еріген Fe(II)
түрінде алуға болатын. Қоршаған ортада O2-ң мөлшері жоғарылаған кезде,
ортадағы минералды компоненттер де тотықты. Қоршаған ортадағы алуға болатын
Fe(II)-ң азаюы, одан да оңай алынатын металл Mn(III), қолдануға себеп
болады.
Fe SOD-тек прокариоттарда ғана емес, эукариоттарда да табылды.
Эукариоттарда-оны Euglena glacilis-тан және жоғарғы сатыдағы өсімдіктерден
бөліп алған. Fe SOD H2 O2-де иноактивтенедi және де КСN-ң ингибрленуiне
төзiмдi болып келедi . Осы күнге деиiн зерттелген барлық өсiмдiк түрлерiнде
олар хлорапластар мекенизмденген деген қорытынды жасалған.
Cy линияларының Fe SOD-да плокликалды антиденелер өсірілген. Бұл
антиденелерді су линияларының хлоропластарымен инкубацияланған уақытта, осы
антиденелердің хлоропластармен өте жиі байланысып тұрғандығын байқаған.
Сонымен қатар Fe SOD N.Luteum-ң хлоропластарында локализденген болатын және
де сояның Fe SOD-да хлоропластардың потенциалды бағытталған қатарлары
табылды. Arabidopsis thaliana-ға, үш Fe SOD туралы хабар жіберілді.
Жануарлардағы Fe SOD-ң болжауы Fe SOD генінің плестидерде түзілген эволюция
процессі нәтижесінде ядролық орпро айналған денген болжамғанегіз берді.
Ginkgoaceae, Numphaceae және Cruciserea-ларда активті Fe SOD-ң кездесуіне,
өсімдік патшалығында фермент бір жағдайлармен кездесті деген қорытынды
жасалды. Соңғы кезде, Fe SOD-ң гендері филогенетикалық байланысы жоқ
колрапап N. plumba ginifoia, A. Thaliana Glycine max түрлерінде бөлініп
алынған. Осы үш қатардағы өсімдік Fe SOD-ды ерекше ферменттің корбексильды
соңына жақын (SRL-N. plumba ginifolia үшін жіне Glycine max пен ARL үшін A
thaliana) кодтайды.
Fe SOD-ң-2 тобы бар. Бірінші топ-бұл активті орталықтарында 1-2 грамм
темір атоледары бар, 2 ұқсас 20 к Да субырліктен құралған гомодимер. Fe SOD-
ң бұл типі-E. Coli, photobacterium sepva және P. Leiognathi; факультативті
анағроб Thiobalis denitriticans; бұрыл сұр бактериядан, chromation Vinosum
және Ginkgo biboba, Brassica calpastris пен Nuphar tuteum
Сияқты өсімдік түрлерінен бөлініп алынған.
Fe SOD-ң екінші тобы-көпшілік жоғары сатыдағы өсімдіктерден табылған.
Бұл молекуланың салмағы 80-90 к Да болатын 4бірдей суббірліктен тұратын
тетромер. Бұл топтың өкілдері активті орталықтарында 2-4 грамм темір
атамдарынан тұрады. Бұл топтың ақуыздары үш прокариоттардан түзілген.
Mycrobacterium tuberculosis, Thermoplasma acisophilum және Mothanobacterium
bryantii-бұлар Tetrahymena pyriformis эдкариотына қосымша.
Марганец SOD.
Жоғарыда айтылып кеткендей, қорғамаған ортада 02–ң мөлшері жоғарыласа,
ортадағы Fe (II) шамасы азайып төмендеп, Мn (III) металлына ығысады. Осыған
орай Mn SOD Fe SOD қарағанда шығу тегі бойынша салыстырмалы түрде екінші
орында тұр, және де комбиалистикалық SOD жолымен ежелгі Fe SOD-тан пайда
болу мүмкіншілігі бар. Mn SOD-митохондриялар мен пероксисомаларда
локолизденген. Mn SOD-ң суббірлігіне 1-ғана металл атомы бар. Активті
сайтта бұл ферменттер Mn аталынсыз жұмыс жасай алмайды. Тіптен осы жағдайда
да Fe Mn мен Mn SOD өздерінің біріншілік, екіншілік, үшіншілік
құрылымдарында үлкен ұқсастық көрсетеді. Бұл ферменттер қашықтап кеткендігі
сонша, Fe (II) Mn SOD-ң активтілігін толықтыра алмайды немесе керісінше.
Mn SOD не бір суббірлікке бір Mn(III) атомы бар не гамодимерлі, не
гамотетрамерлі фермент болып табылады. Бул фермент калий ционидімен
инбрленбейді немесе H2O2-де актив өңденбейді және де прокариоттарда да,
эукриоттарда да кездестіруге болады. Өсімдік Mn SOD-ы өзара 65%-дай
ұқсастықтары бар және де осы ферменттер бактерия Mn SOD-мен де жоғарғы
идентификациялық көрсетеді. Mn SOD эукаритоттардың мтохондриясының ферменті
ретінде белгілі болғанымен құрамында Mn бар SOD-р пероксисалалар да
табылған. Иммунолокализациялық тәсілді қолдана отырып қарыздың құрамында
бір пироксисамалы және бір митоходриалы Mn SOD-ң бар екендігі анықталды. N
icotiana plumbaginitolia-да Mn SOD-ң 2 ядролы-кодталған гендері бөлініп
алынған және Mn SOD-ң ұлпалық-спецификалық экспрессиясы трансгенді
өсімдіктерді промотордың В-глюкоронидазамен байланысын анализдеп көрсеткен.
Сонымен қатар адам ұлпасындағы Mn SOD үшін көптеген транскрипциялар туралы
айтылған.
Жасыл балдырлар мен цианобактерияларда Mn SOD тинокондтардың
менбраналарда табылған. Осыған орай Mn SOD өсімдік клеткаларының
митохондриялары мен пероксисомаларында ғана болады.

Мысты-қалайылы SOD.

Атмосфера түгелдей дерлік оттегімен толтырылған кезде Fe(II) ерімейтін
және алуға келмейтіндей болды. Сu(I) ерігіне Сu(II)-ге айналды. Осы кезде
SOD-ң активті сайттарында Сu(II)-металдық ко-фактор ретінде қолданыла
бастады. Mn SOD пен Mn SOD электірлік қасиеттері ұқсас, темірді қолданудан
марганецті қолдануға ауысуда SOD ақуызының құрылымының азғантай ғана
өзгерісі керек болды. Осыған орай, құрылылымы жағынан Mn пен Fe SOD
прокариотты және эукариотты организмдерде ал Сu-Zn SOD-тек кейбір
бактерияларда ғана және псевдамонадаларда кездеседі. Төменде Сu- Zn SOD-ң
прокариоттарда болатындығын түсіндіретін 3 гипотеза берілген:

1. Сu-Zn SOD прокариоттарда да, эукариоттарда да тәуелсіз дамыған.
(тараған)
2. Сu-Zn SOD эукариоттарда пайда болған, кейіннен эукариот гендері
эукариоттарға берілген. Бұл гипотеза ең алғаш рет Martin және Parker
әрі қарай қолдады, себебі Сu-Zn SOD-ң аминқышқылдық қатарының оның
симбионты Photobacterium Leiognathi-мен 30%-дай ұқсастығы болды.
Кейіннен нүктелік мутация көңіл аудара отырып, гипотезаны әрі қарай
қолдап, ұқсастық пайызы 44% өсті.
Бірақ та, Сu-Zn SOD-ң симбионт болып табылатынын, Claubacter cresentus
пен псевдомонадаларда болуы, гипотезаның әрі қарай қолдау табуын қалады.
3. Сu-Zn SOD ең алдымен прокариоттарда пайда болды, кейіннен
Эукариоттарға ауыстырылған. Бірақ, бұл гипотеза прокариот және эукариот
ферменттердің барлығының шығу тегі бір, Сu-Zn SOD прокариоттар мен
эукариоттар бөлінбес бұрын, өз уақытында Сu(II)-ды атмосферадан алуға
болатын еді деген болжам айтуға болады.
Сu-Zn SOD бүкіл өсімдік клеткасында болады.
Сu-Zn SOD-ң 2 түрлі тобы бар. Бірінші тобы гомедемира болып
табылатын цитоплазмалық және периплазманың формасын құрайды. Екініші тобы
гемотетрамер болып табылатын хлоропласты және клеткадан тыс Сu-Zn SOD-тан
тұрады.
Қазіргі таңда клеткадан тыс тетрамерлі SOD-ң [EC-SOD] құрылымы
ерекше және олар тек қана сүткеректілерде ғана табылған. Гликопротеиндер
фермент блып табылады және ұлпаның интерстициальды матриксында және гепарин
сульфаттың протеликанына бекітілген гликокалис клеткасының үстіңгі
қабатында ең алғаш рет локализденет. Шпинат өсімдігінің жапырағының Сu-Zn
SOD қарсы иммунды белгіленген антиденелерді зерттеу арқылы ерігіш
ферменттердің хлоропластарда біртекті таралмай көбіне, негізінен PSI-1
фотасистема.
2 Сu-Zn SOD цитоплазмалы мембрана тилакоидтардың стромалы бетінде
жинақталатындығы анықталды, олай деп тұжырымдамалаудың бірден-бірі себебі
олардың митактты хлопластарды болды. Алайда, иммунды алтынмен белгіленген
антиденелер цитозельге қарсы өсімтал Сu-Zn SOD оқшауланған тәжірибелерде
қолданылған, мұнда бұл ферменттердің ядро мен апопластарда жинақталатындығы
байқалған. Апопластарда шамамен 40%-тен артық иммунды алтын бөлшектері
табылса, ал 25% ядродан табылған. Зерттеушілердің болжамы бойынша Сu-Zn SOD
апопластарда лигнификация қызыметін атқарады, яғни ядрода ол жасушаны O2
малекуласының салдарынан туындайтын фотальды мутациялардан қорғайды.
Жоғарғыда пероксомальды Сu-Zn SOD-ң қарызды кездесетіндігі жайлы айтылған
еді, олар клеткалардағы SOD-ң жалпы активтілігінің 18%-н құрайды. Мұндай Сu-
Zn SOD пероксималды заттар тышқанның (крыса) бауыр клеткаларында да бар
екендігін анықталған.

Камбиолистикалық SOD (калибиальды)

Камбилистикалы Fe Mn SOD-екі металлды лиганданың біреуін байланыстыра
алатын ферментативті белсенді белок. Кейбір бактерия түрлері Fe мен Mn
екеуі үшін ортақ SOD пайдаланып, осы екі металдың біреуін белсенді
металликалық (металды) ко-фактор ретінде қолданды. Fe мен Мg SOD бірінші,
екінші, үшінші реттік құрылымдауының өзара ұқсастықтары байқалған. Бұл
ферменттердің арасында металликалық (металды) лиганда мен басқа да
құрылымдық және маңызды функционалды қалдықтар сақталған. Бұған қоса, Fe
мен Mn электрикалық қасиеттері ұқсас болғандықтан фермент өзінің
конформациясындағы белоктық құрылымын өзгертпей-ақ осы екі металдың
екеуінің біреуімен функцияға (байланыс жағдайды) түседі. Сынымен қатар, E.
Coli-дің Fe және Mn суббірлігінен құрастырылған SOD гибриді оның
құрамындағы Fe пропорционалды Н2О2 (сутегінің асқынтығы) әсеріне жартылай
тежеледі. Fe мен Mn SOD үш реттік құрылымдарының жоғары деңгейде
ұқсастықтарын көрсетеді, яғни осы 2 ферментке қатысты гомблогия бар екені
анықталды.
Тотығу стресі жағдайындағы SOD экспрессиясы мен белсенділігі
(активтілігі) бипиридинг гербицидтер хлоропластардың тилокылдты
мембранасымен байланыса отырып, тізбекті рекциядағы О2-ке электрондарды
тасымалдайды. Нәтижесінде О2 үздіксіз түзілетіндіктен, NADP+
тытықсызданбайды да көміртегінің фиксициясы тықтайды. Метиг виологен (1,1-
диаметил 4,4-бипиридин дихлорид, бипиридинді гербицид болып табылады, оны
өсімдіктердің хлоропластарындағы О2-ң зақымдануын зерттеуде қолданады.
Метил виологен эндоплазмалық ретикулум мен митохондриядағы қайта жасақталу
(берілетін реакциясының электрондарына ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.