ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2019
Просмотров: 3415
Скачиваний: 3
ляют утверждать, что экзогенные салицилат и сукцинат включают тот же сигнальный путь, который вызывает образование части индуцируемых микоплазмами белков. Так как это мог быть НАДФН-оксидазный путь, в котором важную роль играет перекись водорода, то это побудило нас провести сравнительное изучение действия экзогенных салицилата (ингибитора каталазы) и сукцината на каталаз-ную активность. Оказалось, что оба эти соединения в одних и тех же концентрациях тормозят разложение Н2О2, т.е. являются ингибиторами каталазы.
В связи с этим с помощью программы "Oxford molecular modelling program" мы построили молекулярные модели Н2О2, салициловой и янтарной кислот. Близость расстояний между водородными атомами гидроксильных групп во всех трех типах молекул (у перекиси водорода - 2,62 А, салицилата - 2,56 А, у одной из возможных конформаций сукцината - 2,64 А) позволяет предполагать, что салициловая и янтарная кислоты могут связываться с активным центром каталазы, выступая в роли конкурентных ингибиторов в реакции разложения перекиси водорода.
Вполне вероятно, что экзогенная янтарная кислота, подобно салициловой, может приводить и к другим эффектам: активации супероксиддисмутазы [Rao et al., 1997; Minibayeva et al., 2001] (а это приводит к повышению концентрации перекиси водорода), ингибированию аконитаз, пероксидаз и оксидаз [Ruffer et al., 1995].
Не исключено, что освобождаемые из одних клеток салициловая и янтарная кислоты могут в качестве первичных сигналов взаимодействовать с одним и тем же рецеп-торным белком плазмалеммы других клеток, изменяя его конформацию и "включая" метаболические цепи преобразования и умножения сигнального импульса, завершающиеся экспрессией генов и синтезом защитных белков и фи-тоалексинов.
В нашей лаборатории при исследовании влияния экзогенной салициловой кислоты на полипептидный спектр и (качественно, по почернению рентгеновской пленки) на включение |4С-аминокислот в отдельные полипептиды оказалось, что салициловая кислота очень сильно повышала содержание полипептида 29 кДа из группы кислых белков, а также увеличивала набор щелочных белков, среди кото-
рых появлялись новые полипептиды 11, 38, 42 и 72 кДа [Тарчевский и др., 1999].
Полипептиды 72 и 11 кДа можно отнести к белкам с высокой скоростью оборота (turnover), отличающимся интенсивным образованием (что определяет их высокую радиоактивность) и быстрым распадом (это приводит к столь низкому содержанию этих полипептидов, что они не проявляются на гелях). Обычно такие соединения играют в обмене веществ роль оперативных регуляторов, достаточно чутко реагирующих на изменение внутриклеточной или внешней ситуации.
Обращает на себя внимание, что салицилатиндуциро-ванный кислый белок 29 кДа имел очень высокую радиоактивность, наивысшую среди всех рассматриваемых полипептидов. В то же время в полипептидах 38 и 42 кДа не обнаруживалось высокой радиоактивности. Не исключено, что в двух последних случаях салициловая кислота не столько усиливала синтез этих полипептидов, сколько подавляла интенсивность их деградации. Быть может, установленный ранее факт стимулирования салицилатом образования ингибиторов протеиназ [Jung et al., 1993] белковой природы свидетельствует о возможности действия некоторых из этих ингибиторов не только на протеиназы патогена, но и на некоторые протеиназы растения-хозяина.
Нами не установлено случаев полной репрессии салицилатом образования полипептидов, наблюдалось лишь сильное снижение содержания полипептида 27 кДа.
Электрофоретическое разделение белков показало, что салициловая и янтарная кислоты вызвали сходное изменение набора полипептидов. Эти данные позволяют заключить, что экзогенные салицилат и сукцинат включают одни и те же механизмы экспрессии генов. Особенности изменения синтеза различных белков под влиянием экзогенного салицилата изучались многими авторами [Antoniw, White, 1980; Van Loon, Antoniw, 1982; Pennazio et al., 1983; и др.]. В одной из таких работ [Jung et al., 1993] было обнаружено индуцирование ацетилсалициловой кислотой в растениях подсолнечника синтеза полипептидов 17 кДа (из группы PR 1 белков), 40 кДа (из группы PR 2 белков), 29 и 37 кДа (из группы PR 3 белков) и 20 кДа (из группы PR 5 белков), причем все они экскретировались в межклеточное прост-
ранство. Для белков группы PR 2 характерна (3-глюканазная активность, для группы PR 3 - хитиназная, к белкам группы PR 5 относят ингибиторы протеиназ. По всей вероятности, найденные нами в растениях гороха салицилатиндуцирован-ные белки 29 и 38 кДа аналогичны белкам группы PR 3 подсолнечника с близкими молекулярными массами.
Проведенные исследования позволяют считать, что янтарная кислота является природным миметиком салициловой кислоты, приводя в действие те же механизмы индукции локальной и системной устойчивости растений к патогенам. Вероятно, этим и объясняется положительное воздействие обработок препаратами янтарной кислоты на устойчивость и продуктивность сельскохозяйственных растений [Тарчевский, 1997].
Как и ожидалось, сходным с салицилатом действием обладает не только янтарная кислота, но и другие ди- и три-карбоксиловые органические кислоты цикла Кребса со сходным с салицилатом расположением гидроксильных групп. Было показано, что салициловая, янтарная, яблочная, фумаровая и лимонная кислоты активируют внеклеточную пероксидазу, что приводит к значительной интенсификации образования супероксида [Minibayeva et al., 2001]. Можно предположить, что освобождение янтарной кислоты и других ди- и трикарбоксиловых органических кислот во внеклеточное пространство происходит при механическом повреждении клеток или начинающемся апоптозе. По всей вероятности, эти соединения являются одними из тех молекулярных "сигналов бедствия", которые включают защитные механизмы в соседних клетках [Тарчевский, 1993].
Роль перекиси водорода и салицилата в растениях не ограничивается их участием в функционировании НАДФН-оксидазной системе клетки, подвергшейся действию элиси-торов. Оказалось, что они активируют программируемую смерть клеток (апоптоз), подавляют развитие патогенов. Кроме того, салициловая кислота может быть одним из факторов индукции системного иммунитета в частях растений, удаленных от места инфицирования патогенами. Это объясняется ее способностью транспортироваться по флоэме [Shulaev et al., 1995] и служить элиситором, включающим сигнальные системы клеток. Некоторые исследователи оспаривали роль салицилата в качестве индуктора системного
иммунитета, но опыты с использованием трансгенных растений [Gaffney et al., 1993; Delaney et al., 1994] с привнесенным геном бактериальной салицилатгидроксилазы (не способных накапливать салициловую кислоту после инфицирования патогенами и осуществлять с ее помощью системный иммунитет) устранили эти возражения.
Салициловая кислота может метилироваться, а летучий метилсалицилат - принимать участие в аллелопатических взаимоотношениях в фитоценозах, наряду с летучими производными липоксигеназного метаболизма (гексеналями, гексенолами, ноненалями, ноненолами, метилжасмонатом) и летучими терпеноидными фитоалексинами.
Ознакомление с многочисленными публикациями позволяет сделать вывод, что окислительный взрыв может играть одну из главных ролей в появлении разнообразных защитных ответов [Grant, Loake, 2000] и что многие вопросы функционирования НАДФН-оксидазной сигнальной системы остаются еще неизученными.
NO-СИНТАЗНАЯ СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА
Роль N0 в качестве одной из важнейших сигнальных молекул в растениях была установлена сравнительно недавно, хотя к этому времени NO-сигнальной системе животных и ее роли в воспалительных процессах, апоптозе клеток и выработке иммунитета к патогенам было посвящено очень много работ, и это привело к тому, что в 1992 г. NO была признана редакцией журнала "Science" "молекулой года". N0 образуется из аргинина, НАДФН и кислорода в результате реакции, катализируемой ферментом NO-синтазой [Меньшикова и др., 2000; Wendehenne et al., 2001] - стартовым ферментом NO-синтазной сигнальной системы (рис. 29):
2Аргинин + ЗНАДФН + 4О2 + ЗН+ -> -> 2Цитруллин + 2NO + ЗНАДФ+ + 4Н2О.
NO-синтаза принадлежит к числу наиболее сложных ферментов, причем активность проявляет гомодимерная форма фермента, а каждый неактивный мономер состоит из редуктазного (НАДФН-ФАД-ФМН) и оксигеназного (Fe-гем) доменов, между которыми распологается кальмо-дулин. Электроны, участвующие в окислении азота гуани-динового радикала аргинина и образовании NO, транспортируются из редуктазного в оксигеназный домен (рис. 30). Имеется несколько изоформ фермента: мембраносвязан-ные кальцийзависимые конститутивные, а также растворимые кальцийнезависимые индуктивные (цитозольные), выполняющие роль первого фермента NO-сигнальной цепи. Недавно появилась информация о возможности местонахождения NO-синтаз в пероксисомах клеток растений [Corpas et al., 2001].
До сих пор неясно, какая из этих изоформ играет главную сигнальную роль. Нет данных об участии G-белков в
Рис. 29. Схема функционирования NO-синтазной сигнальной системы
ГЦ - гуанилатциклаза; СК - салициловая кислота; цАДФР - циклическая АДФ-рибоза; NO-S - NO-синтаза. Остальные обозначения - см. рис. 6