Н Онещук, Я Свербивус - Вплив бурштинової кислоти на транслокацію протонів і редокс-стан проростків кукурудзи - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ VISNYK OF LVIV UNIV.

Серія біологічна. 2007. Вип. 44. С. 146-150    Biology series. 2007. Is. 44. P. 146-150

Фізіологія рослин

УДК 633.15+631.811.98

ВПЛИВ БУРШТИНОВОЇ КИСЛОТИ НА ТРАНСЛОКАЦІЮ ПРОТОНІВ І РЕДОКС-СТАН ПРОРОСТКІВ КУКУРУДЗИ

Н. Онещук, Я. Свербивус

Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича вул. Коцюбинського, 2, Чернівці 58012, Україна e-mail: onv@sacura.cv.ua

В дослідах з відрізками проростків кукурудзи (Zea mays L.) показано, що бурштинова кислота в концентрації 10" -10"[1] М стимулює секрецію іонів Н+ із клітини в інкубаційне середовище. Попередня обробка насіння бурш­тиновою кислотою викликає активацію протонної АТФ-ази проростків. У даних умовах експерименту спостерігається зниження швидкості відновлен­ня фериціаніду рослинами кукурудзи.

Ключові слова: Zea mays L., бурштинова кислота, секреція протонів, АТФ-аза, редокс-стан.

В теперішній час інтенсивно вивчаються різні аспекти регуляції функціональних систем у рослин за дії бурштинової кислоти. Інтерес до цієї сполуки пояснюється її важли­вою роллю в метаболічних процесах клітини. Будучи природною біогенною речовиною, яка постійно утворюється в організмі, дана кислота окислюється в цитратному циклі з ви­ходом великої кількості енергії, яка запасається у формі АТФ [4, 12]. При цьому бурштино­ва кислота підсилює окислення жирних кислот, вуглеводів, білків, пірувату і лактату [8, 11]. В результаті активується як кисневе, так і безкисневе окислення. Особливий інтерес у цьому плані викликають роботи про механізм впливу активних речовин на протонну АТФ-азу, яка локалізована в плазматичній мембрані та секретує іони Н+ в клітинну стінку [10]. У відповідності до хеміосмотичної теорієї Мітчелла припускають, що в основі протонної помпи лежить АТФ-аза або редокс-ланцюг, які використовують енергію дихального лан­цюга [7, 17]. Дані останніх років свідчать, що регулятори росту стимулюють ріст і закис­лення середовища відрізками органів рослин [10]. Показано, що 2,4-ДНФ та інші протоно-фори зменшують стимулюючу дію фізіологічно активних речовин на закислення інкубацій­ного середовища. Іони Н+ у присутності протонофора, навпаки, починають надходити в клітину, яка ще раз вказує на наявність активної протонної помпи в клітинній мембрані [14, 15]. Наведені вище аргументи зумовлюють актуальність, своєчасність і доцільність прове­дення аналізу та вивчення даного питання. Виходячи з цього, метою роботи було дослідити вплив екзогенної бурштинової кислоти на транспорт іонів водню, активність протонної АТФ-ази і швидкість відновлення фериціаніду в рослинних тканинах.

Досліди проводили на етіольованих проростках кукурудзи (Zea mays L.) гібриду БМ 281. Насіння кукурудзи промивали водою і замочували в розчинах бурштинової кислоти концентрації 10"5—10"[2] М протягом чотирьох годин, потім поміщали в емальовані кювети на одношаровий фільтрувальний папір, змочений бурштиновою кислотою відповідної концентрації. Контролем слугували проростки, вирощені на дистильованій воді. Пророщу­вання проводили для контрольних і дослідних варіантів в ідентичних умовах протягом 4—5 діб при температурі 26°С. Активність протонної АТФ-ази визначали методом, описаним у праці Ю.І. Губського [3]. Інкубацію проводили протягом 15 хв при 37°С. Активність

© Онещук Н., Свербивус Я., 2007протонної АТФ-ази оцінювали за нагромадженням неорганічного фосфору в інкубаційному середовищі та виражали в наномолях неорганічного фосфору на 1 мг білка за 1 хв. Вміст білка визначали за методом Лоурі [16]. Продукування Н+ рослинними клітинами реєстрували за допомогою рН-метричної установки, зібраної на базі водневого електроду, універсального іонометра рН-673 М і самописця ПДА 1. Кількість Н+, які виділяли проро­стки, визначали, враховуючи буферну ємність середовища інкубації за його титруванням НС1 [9]. Активність редокс-системи тканин визначали за зменшенням концентрації фериці-аніду калію в розчині [13]. Концентрацію фериціаніду встановлювали спектрофотометрич­но при 1=420 нм. Досліди повторювали 10 разів. У кожному досліді визначення проводили в 3-4-кратній повторності. Весь матеріал обробляли статистично [5].

Згідно з отриманими даними, попередня обробка насіння кукурудзи бурштиновою кислотою спричиняє, залежно від доз, закислення середовища (0,1 ммоль/л CaSO4 +

120

100

80 60

40 20

т

їо

ри

с

/г

Н

ьл

о

км

00

0

0

25

50

75

100

125

150

175

200

хв

Рис. 1. Кінетика виділення Н+ проростками кукурудзи за дії бурштинової кислоти: 1 - контроль (Н2О); 2 - бурштинова кислота 10-5 М; 3 - бурштинова кислота 10-4 М; 4 - бурштинова кислота 10-3 М; 5 - бурштинова кислота 10-2 М; 6 - бурштинова кислота 10-1 М.

4

1

70

Рис. 2. Вплив бурштинової кислоти на Н-АТФ-азу активність проростків кукурудзи (M±m, n=8): 1 - контроль (Н2О); 2 - бурштинова кислота 10-5 М; 3 - бурштинова кислота 10-4 М; 4 - бурш­тинова кислота 10 М; 5 - бурштинова кислота 10-2 М; 6 - бурштинова кислота 10-1 М.

Подібний, але менш чіткий ефект спостерігається і при обробці насіння кукурудзи доза­ми 10-1 і 10-5 М. В наших попередніх роботах показано, що бурштинова кислота може мати важливе значення для корекції ключових ферментів білкового обміну за дії важких металів [8].

Особливий інтерес становлять результати, отримані при вивченні редокс-стану рослинних клітин. Із літератури відомо, що редокс-потенціал клітин визначається взаємо­дією редокс-систем, локалізованих в різних компартментах клітини. Внесення екзоген­них редокс-агентів може змінити ситуацію розподілу відновлювальних еквівалентів все­редині клітини [2]. Вважають, що редокс-системи плазматичних мембран також забезпе­чують контроль за метаболічною активністю клітин шляхом зміни внутрішньоклітинного редокс-потенціалу. Поряд з цим в літературі обговорюються гіпотези про захисну і тран­спорту функції редокс-системи плазматичних мембран [10, 14].

Наведені в таблиці дані свідчать про залежність швидкості відновлення фериціані-ду від концентрації бурштинової кислоти в розчині після попередньої обробки насіння кукурудзи. Із отриманих результатів випливає, що максимальне зниження швидкості від­новлення фериціаніду спостерігали при її концентрації 10-4-10-2 М. Залежність швидкості відновлення фериціаніду рослинними клітинами від концентрації бурштинової кислоти може бути обумовлена підвищенням рівня окислювальних реакцій і зниженням рівня відновлювальних еквівалентів за рахунок їх відтоку у зовнішнє середовище.

Внаслідок цього рівновага окислених і відновлених форм біологічно активних спо­лук зміщується в бік окислених. Останнім часом з'явилися повідомлення про те, що ком­поненти редокс-ланцюгів у мембранах впливають на стан і активність АТФ-ази [16]. Оче­видно, що сукцинат впливає на мембранні АТФ-ази не безпосередньо, а через функціональну активність редокс-ланцюгів.

Активність редокс-системи проростків кукурудзи за дії бурштинової кислоти (М±т, n=8)

Варіант

нмоль фериціанідут-1 тканини-хв-1

% до контролю

Контроль

432±27,4

100

Бурштинова кислота

 

 

10-5 М

347±18,9

80,3*

10-4 М

309±14,6

71,5*

10-3 М

284±15,1

65,7*

10-2 М

292±13,6

67,5*

10-1 М

356±21,8

82,4*

Примітка. * - достовірна різниця порівняно з контролем (р<0,05).

Отримані результати вказують також, що перерозподіл іонів водню в проростках кукурудзи, безпосередньо позв'язаний з енергетичними процесами, може вносити відпо­відний вклад у величину рН позаклітинного середовища.

1. Акопян К., Трчунян А. Протонная проводимость мембран и энергозависимые потоки ионов водорода у бактерий Enterococcus hirae, выращенных в средах с различным рН // Биофизика. 2005. Т. 50. № 4. С. 680-683.

2. Грузина Т. И., Балакина М. Н., Карамугика В. И. и др. Трансмембранный потенциал и АТФ-азная активность плазматической мембраны бактерий при воздействии тяжё­лых металлов // Укр. биохим. журн. 1997. Т. 69. № 1. С. 54-59.

3. Губский Ю. И. АТФ-азная активность митохондрий печени крыс при остром отрав­лении тетрахлорэтанолом // Укр. биохим. журн. 1982. Т. 54. № 1. С. 46-50.

4. Зайцева М. Г., Касумова И. В. Окисление различных субстратов митохондриями в зависимости от концентрации осмотика в среде // Физиология растений. 2001. Т. 48. № 1. С. 62-68.

5. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высш. шк., 1990. 352 с.

6. Онойко Е. Б., Золотарева Е. К., Ситник К. М. Регуляция протонной проводимости мембранной части АТФ-синтазного комплекса хлоропластов адениннуклеотидами // Доп. НАН України. 2005. № 2. С. 157-162.

7. Опритов В. А. Н+-АТФ-аза плазматической мембраны - основная электрогенная систе­ма высших растений // Соросовский образовательный журн. 2000. Т. 6. № 3. С. 28-32.

8. Свербивус Я. А., Онещук Н. В. Роль бурштинової кислоти в регуляції каталітичної активності амінотрансфераз проростків кукурудзи за дії іонів свинцю // Динаміка наукових досліджень-2005: Матеріали IV Міжнар. наук.-практ. конф. Дніпропет­ровськ: Наука і освіта, 2005. Т. 1. Біол. С. 65-66.

9. Терещенко А. Ф. Регистрация изменения рН инкубационной среды отрезками раститель­ных тканей // Физиология и биохимия культ. растений. 1986. Т. 18. № 4. С. 404-408.

10. Гудков И. Н., Нижко В. Ф., Приходько Н. В. и др. Физиологические основы повыше­ния эффективности минерального питания растений. К.: Наук. думка, 1987. 184 с.

11. Чупахина Г. Н., Романчук А. Ю. Янтарная кислота как регулятор ростовых процес­сов и биосинтеза аскорбиновой кислоты в растениях ячменя // Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях: Тез. докл. конф. М.: МСХА, 2001. 73 с.

12. Шугаев А. Г., Выскребенцева Э. И. Сукцинат «монополизирует» дыхательную цепь митохондрий растущих корнеплодов сахарной свеклы // Физиология растений. 1993. Т. 35. Вып. 3. С. 421-426.

13. Щипарев С. М., Мячин Ф. В. Изучение феррицианид-редуктазной активности щитков зерновок кукурудзы // Вестн. Ленинград. ун-та. Сер. 3. Биол. 1990. Вып. 4. С. 89- 93.

14. Briskin D. P. The plasma membrane H+-ATP-ase of higher plant cell // Biochim. Bio-phys. Acta. 1990. Vol. 985. N 2. P. 95-109.

15. Ishikawa T., Lize S., Lu Yu-P., Rea R. A. The G-S-X pump in plant, yeast and animal cells: structure, function and gene expression // Bioscience Reports. 1997. Vol. 17. N 2. P. 189-207.

16. Lowry O. H., Rosenbrough N. I., Fat A. L., Randal R. I. Protein measurements with the folin phenol reagent // J. Biol. Chem. 1951. Vol. 193. N 1. P. 265-275.

17. Mitchell P. Protonmotive chemiosmotic mechanism in oxidative and photosynthetic pho-tosynthetic phosphorylation // Trends Biochem. Science. 1978. Vol. 31. N 3. P. 58-61.

THE INFLUENCE OF SUCCINIC ACID ON PROTON SECRETION AND REDOX-ACTIVITY OF CORN SHOOTS

N. Oneshchuk, Y. Swerbiwus

Yuriy Fedkovich Chernivtsy National University 2, Kotsyubynskyi St., Chernivtsy 58012, Ukraine e-mail: onv@sacura.cv.ua

Experiments on sections of corn shoots (Zea mays L.) have shown that succinic acid in concentration range between 10-5 und 10-1 M induced secre­tion of hydrogen ions from the cells into incubation medium. The pretreatment of corn seeds by succinic acid had a influence of ATP-ase activity. It was found the decrease of ferricyanide reduction in corn shoots under conditions of this experiment.

Key word: Zea mays L., succinic acid, proton secretion, ATP-ase, redox-activity.

Стаття надійшла до редколегії 15.12.06 Прийнята до друку 10.01.07


[1]ммоль/л KC1), яке містить відрізки тканин проростків (рис. 1). Так, при концентрації бурштинової кислоти 10-5 і 10-1 М вміст протонів у середовищі збільшився на 20 і 18% відповідно. Нами встановлено, що бурштинова кислота найістотніше збільшує продуку­вання Н+ ізольованими проростками кукурудзи в дозах 10-2, 10-3 і 10-4 М (на 29, 40 і 51% відповідно). Таким чином, інтактні відрізки проростків кукурудзи мають здатність до сукцинат-індукованого викиду іонів водню із клітини. Очевидно, в основі ефекту лежить здатність бурштинової кислоти змінювати протонну провідність клітинної мембрани. Збільшення протонної провідності порушує проникність мембрани для інших іонів.

Порушення проникності плазмалеми веде за собою зміну іонного гомеостазу клі­тин, для відновлення якого затрачається енергія, а, отже активується окислювальне фос-форилювання і використання кисню. Враховуючи ці результати, ми дослідили характер активації протонної АТФ-ази проростків кукурудзи за дії бурштинової кислоти.

Як видно з одержаних даних (рис. 2), максимальне підвищення активності ферменту порівняно з контролем спостерігається при дозах бурштинової кислоти 10-4, 10-3 і 10-2 М.

140

[2]ммоль/л KC1), яке містить відрізки тканин проростків (рис. 1). Так, при концентрації бурштинової кислоти 10-5 і 10-1 М вміст протонів у середовищі збільшився на 20 і 18% відповідно. Нами встановлено, що бурштинова кислота найістотніше збільшує продуку­вання Н+ ізольованими проростками кукурудзи в дозах 10-2, 10-3 і 10-4 М (на 29, 40 і 51% відповідно). Таким чином, інтактні відрізки проростків кукурудзи мають здатність до сукцинат-індукованого викиду іонів водню із клітини. Очевидно, в основі ефекту лежить здатність бурштинової кислоти змінювати протонну провідність клітинної мембрани. Збільшення протонної провідності порушує проникність мембрани для інших іонів.

Порушення проникності плазмалеми веде за собою зміну іонного гомеостазу клі­тин, для відновлення якого затрачається енергія, а, отже активується окислювальне фос-форилювання і використання кисню. Враховуючи ці результати, ми дослідили характер активації протонної АТФ-ази проростків кукурудзи за дії бурштинової кислоти.

Як видно з одержаних даних (рис. 2), максимальне підвищення активності ферменту порівняно з контролем спостерігається при дозах бурштинової кислоти 10-4, 10-3 і 10-2 М.

140

Страницы:
1 


Похожие статьи

Н Онещук, Я Свербивус - Вплив бурштинової кислоти на транслокацію протонів і редокс-стан проростків кукурудзи