Влияние гипоксии и повышенных концентраций диоксида углерода на внутриклеточную компартментацию свободных аминокислот и активность β-глюкозидазы растений

• Автор: Еремина, Надежда Александровна
• Шифр специальности: 03.00.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 181 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ДЕФИЦИТА КИСЛОРОДА.

1.1. Гипоксия как стрессовый фактор в жизни растений.

1.2. Дыхательный обмен растений в условиях гипо и аноксии.

1.3. Влияние анаэробиоза на обмен белков и активность ферментов.

1.4. Обмен органических кислот и аминокислот у растений в условиях кислородной недостаточности

1.4.1. Влияние гипоксии и повышенных концентраций

СО2 на содержание органических кислот в клетках растений.

1.4.2. Влияние гипоксии и Ссреды на обмен аминокислот в клетках растений

1.5. Особенности действия СОгсреды на растения

ГЛАВА 2. КОМПАРТМЕНТАЦИЯ ОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ РАСТЕНИЙ.
2.1. Вакуолярный компартмент и его роль в организации обменных процессов в клетках растений.
2.2. Роль вакуолярного компартмента в организации
обмена органических кислот и аминокислот в клетках растений .
2.3. Влияние гипоксии и высоких концентраций СОг
на состав вакуолярного фонда растительных клеток.
ГЛАВА 3. ПУТИ ОБРАЗОВАНИЯ ИСГЛИКОЗИДА И
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА ЕГО МЕТАБОЛИЗАЦИЮ
3.1. Образование и локализация ИСгликозида в клетках растений
3.2. Влияние регуляторов роста и гипоксии на скорость образования и утилизацию ИСгликозида.
ГЛАВА 4. РГЛЮКОЗИДАЗЫ И ИХ РОЛЬ В РАСТЕНИЯХ
4.1. рГлюкозидаза и ее роль в метаболизме олиго и арилгликозидов растений
4.1.1. Распространение и локализация рглюкозидаз в растительных клетках
4.1.2. Физикохимические свойства растительных Рглюкозидаз
4.1.3. РГлюкозидазы и их активность в онтогенезе растений
4.1.4. Влияние факторов среды на активность Рглюкозидаз
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
ГЛАВА 5. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Объекты исследования.
5.2. Методы исследования
5.2.1. Условия постановки опытов
5.2.2. Хроматографическое определение содержания свободных аминокислот.
5.2.3. Исследование внутриклеточного распределения соединений с использованием ДМСО
5.2.4. Определение активности фермента Рглюкозидазы
5.2.5. Препаративное выделение ИСгликозида из растений
и его агликона в растениях гороха.
5.2.6. Выделение цитоплазматической и клеточносвязанных молекулярных форм рглюкозидазы.
5.2.6.1. Выделение цитоплазматической рглюкозидазы из растений гороха.
5.2.6.2. Выделение клеточносвязанных молекулярных форм Рглюкозидазы.
5.2.7. Получение высокоочищенных препаратов
клеточносвязанных молекулярных форм Рглюкозидазы.
5.2.7.1. Фракционирование с помощью сульфата аммония
5.2.7.2. Гельфильтрация
5.2.7.3. Аналитический электрофорез.
5.2.8. Исследование кинетических характеристик Рглюкозидазы
5.2.9. Определение количества белка.
5.2 Статистическая обработка результатов
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИИ АМИНОКИСЛОТ У БОБОВЫХ И ЗЛАКОВЫХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОЙ АЭРАЦИИ И ПРИ ДЕЙСТВИИ ФИТОГОРМОНОВ
6.1. Распределение свободных аминокислот по фондам клетки в бобовых и злаковых растений
6.2. Влияние гипоксии и повышенного содержание СОг на образование и компартментализацию аминокислоту растений
с разной степенью устойчивости
6.3. Влияние фитогормонов на внутриклеточное распределение свободных аминокислот в проростках бобовых и
злаковых растений.
6.4. Влияние фитогормонов на внутриклеточное распределение свободных аминокислот в проростках бобовых растений, помещенных в условия разных газовых сред.
ГЛАВА 7. ИССЛЕДОВАНИЕ КЛЕТОЧНОСВЯЗАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ФОРМ р ГЛЮКОЗИДАЗЫ ПРОРОСТКОВ ГОРОХА
7.1. Выделение клеточносвязанной рглюкозидазы растений гороха .
7.2. Получение высокоочищенных молекулярных форм
Р глюкозидазы из растений гороха.
7.3. Исследование некоторых физикохимических и кинетических свойств клеточносвязанных молекулярных форм р глюкозидазы проростков гороха
7.4. Изменение активности различных молекулярных форм
Рглюкозидазы в онтогенезе растений гороха
ГЛАВА 8. ВЛИЯНИЕ ГИПОКСИИ И ССРЕДЫ НА АКТИВНОСТЬ И СВОЙСТВА МОЛЕКУЛЯРНЫХ ФОРМ Р ГЛЮКОЗИДАЗЫ РАСТЕНИЙ ГОРОХА.
8.1. Действие гипоксии и Ссреды на активность клеточносвязанной Рглюкозидазы проростков гороха.
8.2. Физикохимические и кинетические свойства клеточносвязанных форм р глюкозидазы растений, подвергнутых действию ипоксического стресса и Ссреды
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АБК абсцизовая кислота
АТФ аденозин5 дифосфат
ГАМК гамма аминомасляная кислота
ГДК глутаматдекарбоксилаза
ГОГАТ глутаматсинтаза
ГС глутаминсинтаза
ДМСО диметилсульфоксид
ДТТ дитиотретол
ИСгликозид изосукцинимидргликозид
НАДЕ никотинамидадениндинуклеотид восстановленный
НАДФН никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный
ПОЛ перекисное окисление липидов
ПУТ путресцин
ПЯКДГ дегидрогеназа полуальдегид янтарная кислота СОД супероксиддисмутаза Е ферментная единица ЭБ эпибрассинолид
ЭДТА этилендиаминтетрауксусная кислота ЭР эндоплазматический ретикулум
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Многие, если не все, семена растений на ранних стадиях прорастания испытывают кратковременный анаэробиоз, особенно, если выращивание ведется в условиях высокой влажности. Создание частично анаэробных условий внутри семян связано, вероятно, с недостаточной проницаемостью кожуры для кислорода, так как накапливающиеся в них при этом типичные продукты гликолиза исчезают после появления корешка Зеленева, . Проблема поддерживания определенной концентрации кислорода и СО2 постоянно возникает при выращивании различных культур растений в условиях гидропоники, при хранении и переработке продуктов сельского хозяйства Метлицкий, , при создании искусственных изолированных систем жизнеобеспечения. Так, в воздухе экспериментальной замкнутой экосистемы Биосфера 2, включающей почву, воздух, воду, флору и фауну, в течение первых же месяцев содержание кислорода снижалось до против снаружи vi . Таким образом, в процессе своей жизнедеятельности растения полностью, или его отдельные органы и даже ткани, могут испытывать кратковременный или длительный дефицит кислорода. Условия гипо или аноксии, следовательно, являются нормальным этапом в ходе онтогенеза практически всех растений. Анаэробный стресс широко распространен в природе. Примером организмов, переносящих длительное отсутствие кислорода, служат облигатные анаэробные бактерии, симбиотические азотфиксируюшие микроорганизмы и различные позвоночные и беспозвоночные животные , Высшие растения могут переносить аноксию, используя, в зависимости от вида растения, более или менее эффективные механизмы защиты от этого вида стресса. Корни растений, чувствительных к аноксии, утрачивают способность поглощать элементы минерального питания, за этим следует преждевременное старение листьев. Более того, прекращение поглощения воды снижает водный потенциал клеток , Напротив, растения, живущие в условиях временного затопления, это виды с хорошей адаптацией к аноксии. Способность корней переносить анаэробные условия, когда кислород перестает поступать из атмосферы, тесно связана со способностью растений видоизменять свой обмен веществ. Чтобы выжить в отсутствие кислорода, растения строго контролируют такие показатели гомеостаза, как осмотический и ионный баланс, . Для этого растения регулируют скорости метаболических процессов и синтезируют специфические соединения Косаковская, . В связи со спецификой воздействия кислородной недостаточности в первую очередь перестройки затрагивают процесс дыхания Костина, . В отсутствие кислорода, сопровождающимся повышением концентрации углекислоты, синтез АТФ в дыхательной цепи исключается. В результате, гликолиз остается единственным источником энергии, необходимой для поддержания активности клеток. Повторное окисление НАДН осуществляется реакциями анаэробного дыхания ферментации, среди которых преобладает спиртовое брожение i, При этом в расчете на одну молекулу глюкозы образуются всего две молекулы АТФ против , синтезируемых в ходе аэробного дыхания в результате, в первые же минуты действия стресса резко падает энергетический заряд клетки i, Благодаря эффекту Пастера, увеличение энергопродукции достигается усиленным расходованием углеводов , . Свободные гексозы играют важную роль в поддержании осмотического потенциала клетки, и снижение их концентрации должно компенсироваться накоплением других соединений, например, аминокислот и органических кислот , . Недостаток кислорода в атмосфере оказывает ряд существенных изменений в метаболизме белков Косаковская, . Большинство авторов, исследовавших этот процесс, пришли к выводу, что гипоксия замедляет синтез белков Войцековская, Чиркова, , . Однако другая серия белков синтезировалась после более продолжительного анаэробиоза. По всей вероятности, появление ряда белков при кислородной недостаточности способствует поддержанию метаболизма V, . В условиях различного газового режима 2 и атмосфера воздуха содержание цитоплазматических белков в первые двоетрое суток могло возрастать на по сравнению с исходным. Такое заметное возрастание суммарных белков в первые дни аноксии могло быть артефактом, вызванным недостаточно строгим анаэробиозом.