Статья опубликована в №73 (сентябрь) 2019
Разделы: Биология
Размещена 14.09.2019. Последняя правка: 13.09.2019.
Просмотров - 1342

Компоненты аскорбат-глутатионового цикла и электромагнитные излучения (ЭМИ) (Обзор)

Манин Константин Владимирович

к.б.н.

ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии ФАНО

н.с.

УДК 633.16:581.1:630*160

Введение

В последнее время большой интерес в литературе уделяется вопросу изменений в содержании компонентов аскорбат-глутатионового цикла (цикл Фойера-Холливела-Асада) при действии факторов антропогенной природы, среди которых первостепенное значение отдается разнообразным ЭМИ.

Аскорбат-глутатионовый цикл является первичным звеном при функционировании фотосистемы I, так как способствует восстановлению пероксида водорода (H₂O₂) в молекулу H₂O и переходу НАДФ из восстановленной в окисленную форму [1; 2]. Этот факт позволяет предположить о роли данного цикла в энергетических функциях организма, а, следовательно, и в процессах биосинтеза важных компонентов клетки. Кроме того, компоненты аскорбат-глутатионового цикла способны служить субстратом для синтеза важных ферментов, которые необходимы для нормального функционирования организма [3; 4].

Целью данного исследования является изучение действия различных ЭМИ на интенсивность перекисного окисления липидов и активность компонентов аскорбат-глутатионового цикла высших растений.

Научная новизна: В настоящее время существует большое количество научных публикаций рассматривающих разнообразную роль цикла Фойера-Холливела-Асада в течение жизни растений. Основная идея данных работ состоит в том, чтобы рассмотреть роль каждого из вышеперечисленных компонентов при действии ЭМИ.

1. Аскорбиновая кислота.

Одним из важных метаболитов данного цикла является аскорбиновая кислота (витамин С). Аскорбиновая кислота может выступать в качестве донора и акцептора ионов водорода благодаря наличию в структуре двух фенольных групп, ее антиоксидантные свойства характеризуются широким спектром инактивирующего действия на различные свободные радикалы [5]. Установлено, что GDP-манноза-3´,5´-эпимераза является ключевым энзимом для биосинтеза L-аскорбиновой кислоты и аскорбат-пероксидазы [6]. Кроме того, преобразование аскорбиновой кислоты в дегидроаскорбиновую кислоту в хлоропластах является неотъемлемой ролью аскорбат-глутатионового цикла в процессе защиты фотосистемы II  при охлаждении (холодном стрессе; chilling stress) [7].

Влияние модельного кислотного дождя (МКД) на ячмень обыкновенный увеличивает пул аскорбиновой кислоты до максимального уровня  у 10-дневных проростков, а защитная реакция растений при действии МКД  происходит в течение минут [8]. Но влияние виброзвука с частотой 30-60 Гц и амплитудой микровибрации 2,8-5,4 мкм снижает содержание аскорбиновой кислоты при экспозиции 0.5, 1 и 5 мин, а 30-минутное виброакустическое воздействие стимулирует накопление аскорбиновой кислоты у ячменя [8].

В нашем микрополевом эксперименте при действии УФ-В радиации в диапазоне доз 100-132 кДж/м2 не изменяет содержание аскорбиновой кислоты, а доза УФ-В облучения 188 кДж/м2 увеличивает содержание аскорбиновой кислоты несмотря на установленное ранее увеличение количества конечного продукта перекисного окисления липидов - МДА [9].

2. Глутатион.

Содержание глутатиона во внутриклеточных слоях составляет около 0.5 мМ, но иногда достигает 10 мМ [10]. Антиоксидантные свойства глутатиона определяются как непосредственным взаимодействием с АФК и обменными реакциями с дисульфидными связями, так и функционированием ряда ферментов глутатионового цикла [11]. Глутатион играет важную роль в антиоксидантной защите не только при гипоксических, но и гипероксических состояниях, ограничивающих свободнорадикальное окисление. Этот пигмент обеспечивает формирование антиоксидантного потенциала и поддерживает пул восстановленного аскорбата [12; 11]. Также изменение соотношения между окисленной и восстановленной формами глутатиона (GSSH/GSH) является  сигналом ответной реакции организма на пролиферативную экспрессию генов и апоптоз (Rahman I. et al., 2005). Установлено, что соотношения между окисленной и восстановленной формами глутатиона (GSSH/GSH), которое сопровождается накоплением глутатиона, является следствием воздействия озона [14].

Так существенное уменьшение пула глутатиона наблюдали у травянистых культур высокогорья (клевера, тысячелистника, одуванчика, подорожника и горца) при суммарной дозе УФ-В-радиации 6.5х10-3 Дж/м², что может служить показателем характера стресса [15].

В нашем микрополевом эксперименте установлено снижение содержание глутатиона в диапазоне доз 100-188 кДж/м², но хроническое воздействие УФ-В радиации в дозах 81-121 кДж/м² увеличивало содержание глутатиона у ячменя [9].

В работе Удут В.В. впервые продемонстрирована возможность использования компонентов цикла Фойера-Холливела-Асада как антистрессовую реакцию организма на действие лазерного излучения [16]. Установлена стимуляция антиоксидантной системы лазерным светом, так как она ограничивает стресс-реакцию на клеточном уровне [16; 17;18].

Таким образом, при анализе научной литературы о роли цикла Фойера-Холливела-Асада в отражении общей функциональной активности высших растений от клеточного до организменного уровня установлена прямая зависимость между количественным содержанием его компонентов и ответной реакцией организма на воздействие ЭМИ.

1. Ocpodu C.M., Alscher R.G., Grabau E.A., Cramer C.L. Physiological, Biochemical and Molecular Effects of Sulfer Dioxide. // J. Plant Physiol., 1996, 148: 309-316.
2. Войтехович М.А., Кучинская В.А., Новосельский И.Ю., Гриусевич П.В., Самохина В.В., Мацкевич В.С., Соколик А.И., Демидчик В.В. L-Аскорбиновая кислота как антиоксидант и сигнально-регуляторный агент в клетках высших растений. //Журнал Белорусского государственного университета. Биология, 2018, том 2, с. 27-38.
3. Foyer C., Noctor G. Oxidant and antioxidant signaling in plants: a re-evalution of the concept of oxidative stress in a physiological context. // Plant, Cell and Environment, 2005, 28: pp. 1056-1071.
4. Munnè-Bosch S. et al. The impact of global change factors on redox signaling underpinning stress tolerance. Plant Physiol., 2013, Vol. 161, №1, pp. 5-19.
5. Чеснокова Н.П., Понукалина Е.В., Бизенкова М.Н. Молекулярно-клеточные механизмы инактивации свободных радикалов в биологических системах. Успехи современного естествознания, 2006, №7, с. 29-36.
6. Aragüez I. Proteomic analysis of strawberry achenes reveals active synthesis and recycling of l-ascorbic acid. Journal Proteomics, 2013.
7. Ding S. et al. Enhanced sensitivity and characterization of photosysten II in transgenic tobacco plants with decreased under chilling stress. Biochim. Biophys. Acta., 2012.
8. Головина Е.Ю., Володина А.А. Реакция некоторых антиоксидантов проростков ячменя на кислотный дождь и виброзвуковое воздействие. Вестник ОГУ, 2012, т. 140, №4, с. 196-200.
9. Манин К.В., Гончарова Л.И. «Изменение компонентов аскорбат-глутатионового цикла у ячменя при действии УФ-В радиации». // Сборник научных трудов по материалам V Международной (заочной) научно-практическая конференция «Теоретические и прикладные аспекты современной науки». Часть 1. Белгород 30 ноября,2014,с. 116-119.
10. Al-Turk W.A., Stohs S.J., El-Rashidy F.H., Othman S., Shaheen O. Changes in glutathione, glutathione reductase and glutathione-S-transferase as a function of concentration and age. Pharmacology, 1987, 34, pp. 1-8.
11. Weiss S. // Acta phisiol. Scand., 1986, V. 126, Suppl. 548, p. 9.
12. Stocker R., Frei B. Endogenous antioxidant deferences in human blood plasma. In. Sies H. ed. Oxidative stress: oxidants and antioxidants. London: Academic Press, 1991, pp. 213-243.
13. Rahman I. et al. Glutathione, stress responses, and redox signaling in lung inflammation. Antioxid. Redox. Signal., 2005, Vol. 7, №1-2, pp. 42-59.
14. Sen Gupta A., Alscher R.G., McCune D. Response of photosynthesis and cellular antioxidants to ozone in Populus leaves. // Plant Physiol., 1991, Vol. 96, pp. 650-655. In: Pukacka Stanisława, Pukacki Paweł M. Seasonal changes in antioxidant level of scots pine (Pinus sylvestris L.) needles exposed to industrial pollution. I. ascorbate and thiol content. //Acta Physiologiae Plantarum, December 2000, Volume 22, Issue 4, pp. 451-456.
15. Чанишвили Ш., Бадридзе Г., Рапава Л. и др. Влияние высотного фактора на содержание антиоксидантов в листьях некоторых травянистых растений. Экология, 2007, (5): 395-400.
16. Гончарова Л.Л., Покровская Л.А., Ушкова И.Н., Малькова Н.Ю. Роль антиоксидантных механизмов в реакциях организма на действие низкоинтенсивного лазерного излучения. Радиационная биология. Радиоэкология,1994, т. 34, вып. 3, с. 368-374.
17. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс и профилактика. М.: Медицина, 1981, 234 с.
18. Соколовский В.В. Антиоксиданты и адаптация. Л.: ЛСГМИ, 1984, с. 5-19.

Рецензии:

14.09.2019, 18:30 Васильев Денис Владимирович
Рецензия: Статья написана в соответствии с требованиями Журнала и может быть опубликована.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий