ПРИРОДНЫЙ АНТИВИТАМИН ПАНТОТЕНОВОЙ КИСЛОТЫ В ВЫСШЕМ РАСТЕНИИ КАК РЕГУЛЯТОР РОСТА

1

• Авторы
• Файлы

Смашевский Н.Д. Статья в формате PDF 243 KB

Существуют многочисленные факты обнаружения у растений, животных и микроорганизмов антивитаминных факторов пpaктически для всех известных витаминов.

Антивитамины представляют самые различные по химической природе вещества, которые могут препятствовать синтезу и биологическому действию витаминов, вызывать их инактивацию и разрушение, вступать с ними в необратимую связь или конкурировать за субстрат. Такой большой разброс различных веществ, отнесенных к антивитаминным факторам, вызывает необходимость глубокого и всестороннего изучения их специфичности и механизма действия каждого в отдельности антивитамина, что даст возможность выяснить не только их функции, но и витаминов в живом организме.

Тем не менее, несмотря на длительный период имеющихся сведений о существовании антивитаминных факторов в растениях (около 80 лет), сведений об их образовании, значении и механизму действия в самих продуцентах, т.е. растениях, не известны. Наши исследования антивитаминного фактора пантотеновой кислоты (ПК), выделенного нами из проростков гороха, условно названного пизамин, являются пpaктически единственными в изучении физиологической и метаболической роли природного антивитамина в растительном организме.

Биохимическое, физиологическое действие и количественное содержание пизамина в растении изучалось с помощью тестовых культур дрожжей Saccharomyces cerevisiae, специфично чувствительных к его антивитаминному действию и растительных организмов: интактных растений, изолированных органов, тканей и клеток растений. Уровень биологической активности антивитамина определялся по ростовой реакции дрожжевых культур, выраженное в сухом весе мкг/мл среды.

Изучение физико-химических свойств пизамина в соке и экстpaктах из проростков гороха позволило получить гомогенный сухой препарат и идентифицировать его химическую природу. Вещество идентифицировано как олигосахарид, состоящий их остатков моносахаров: арабинозы (3,3%), рибозы (7,8%), ксилозы (11,3%), маннозы (2,8%), галактозы (10,7%), глюкозы (36,4%) и галактуроновой кислоты (27,6%). Сегодня такие растительные соединения известны как класс новых биологически активных регуляторов роста растений с сигнальными функциями в растительных тканях, получивших название олигосахаринов.

Появление пизамина, в прорастающих семенах гороха, отмечается только после 24 часов замачивания с началом роста зародыша и количественно возрастает по мере роста проростка и формирования органов. По мере образования и роста междоузлий содержание пизамина четко коррелирует с хаpaктером их роста в онтогенезе проростков гороха. Наибольшее его количество накапливается в эпикотиле и втором междоузлии, обладающих менее активным ростом и ограниченными линейными размерами, тогда как в третьем и последующих междоузлиях с интенсивным ростом, его содержание ограничено. Хаpaктер, скорость и продолжительность роста, конечные размеры междоузлий являются следствием начала образования и интенсивности накопления в них пизамина. Причем, на свету пизамин накапливается в значительно бόльших количествах, чем в темноте, красный свет способствует повышению накопления пизамина, синий - аналогичен темноте.

Пизамин в клетках растения образуется de novo на определенном этапе их роста, где он проявляет действие и не трaнcпортируется по растению. Методом ингибиторного анализа установлено, что хлорамфеникол, ингибитор синтеза белка (трaнcляция), дающий быстрый ответ клетки на действие ингибитора, полностью подавлял образование и накопление пизамина, также как и циклогексимид, действующий как и хлорамфеникол, актиномицин D, ингибитор биосинтеза мРНК(трaнcкрипция), подавляя рост проростков, совершенно не влиял на образование пизамина и его содержание соответствовало контролю. Подавление образования пизамина хлорамфениколом и циклогексимидом обусловлено, вероятно, подавлением образования ферментов глюканаз, участвующих в катаболизме клеточных полисахаридов с образованием фрагмента олигосахарида, каким является пизамин.

Интенсивное накопление пизамина в двух нижних междоузлиях с коротким периодом роста и ограниченными линейными размерами наступающих сразу после прорастания семян, позволяет полагать, что он является одним из важнейших факторов регуляции ростовых соотношений системы корень/стебель после прорастания семян. Как известно, прорастание семян начинается с роста корня и его быстрого роста с задержкой роста стeбля, что обеспечивает формирование корневой системы способной обеспечить растущий проросток, при переходе на автотрофный способ питания, необходимым количеством воды, минеральных веществ и БАВ, синтезируемых в корне. Пизамин, задерживая вначале рост стeбля, обеспечивает приоритетный рост корня, в этом, по нашему мнению , его основное физиологическое значеиие. Поэтому участие пизамина в ростовых процессах, как антивитаминного фактора ПК, можно считать эндогенным регулятором ростовых процессов, действующего в качестве эффектора универсальной метаболической системы КоА, производного ПК, что впервые установлено для фитоолигосахаридов. Это подтверждается количественным содержанием пизамина с содержанием связанной и свободной ПК в растущих междоузлия.

Оказалось, что в слаборастущих междоузлиях эпикотиле и 2-м, с ранним и интенсивным накоплением пизамина и прекращением их роста, преобладает свободная форма, тогда как в 3-м и последующих, 4-м и 5-м, с низким содержанием антивитамина и интенсивным пролонгированным ростом, преобладает связанная (биологически активная) форма ПК. Причем общее содержание витамина во всех междоузлиях пpaктически одинаково. Это объясняется тем, что пизамин не подавляет биологического синтеза витамина, но может блокировать её связанные формы. Вероятно, локализация и активность эндогенного пизамина в междоузлиях проростков гороха как регулятора роста детерминирована в соответствии с онтогенетической программой роста междоузлий.

Экзогенный пизамин эффективно подавляет рост изолированных корней кукурузы, люцерны. У кукурузы сильно разрастается и разрыхляется точка роста, у люцерны, при концентрации пизамина 100 мкг/мл, полностью отсутствовала зона растяжения и боковые корни закладывались на расстоянии 1-2 мл от точки роста. Фаза растяжения подавляется пизамином у отрезков 3-го междоузлия проростков гороха и колеоптилей проростков пшеницы, рост которых обусловлен только фазой растяжения, а также изолированных гипокотилей фасоли, сои и огурца, у последнего эффект снижала ПК. Также пизамин подавляет в2-2,5 раза митотическое деление клеток апикальной меристемы лука.Убедительно продемонстрировано подавление экзогенным пизамином роста изолированных суспензионных культур жень-шеня и диоскореи, рост которых происходит только за счет деления клеток.

Антивитаминное действие пизамина, связанное с подавлением роста культуры изолированных корней люцерны, полностью устраняется эквимолярными концентрациями ПК и β-аланином, последний является предшественником в её биосинтезе и её составной частьюю Причем эквимолярные концентрации их в культуре дрожжей были совершенно равноценными как в стимулировании их роста, так и в инактивации пизамина.

Связь пизамиа с метаболизмом КоА подтверждается прямым взаимодействием пизамина и КоА in vitro в процессе ацетилирования парааминобензойной кислоты и трaнcацетилирования при образовании эфира. Как возрастающие дозы пизамина усиливают подавление ацетилирующей активности КоА, так и возрастающие дозы КоА снижают подавляющее действие пизамина на трaнcацетилирование и образование эфира. Вероятно пизамин инактивирует свободную форму КоА окислением SH-группы, секвестируя его из метаболических процессов, так как полная инактивация пизамина происходит в присутствии глутатиона, естественного антиоксидата, защищающего SH группы от окисления.

---