Біологічний каталог Фермент пероксидазу стор 28
ліпідів змінює статус іонів та їх витікання на рівні плазмалеми, що дозволяє виходити з клітини та таких сполук, як феноли та аскорбінова кислота, більшість з яких донори електронів. При цьому жирні кислоти можуть сприяти активуванню пероксидази та її конформаційних змін. Використовуючи вільні пероксидні радикали, основні пероксидази руйнують донори електронів та діють як агенти детоксикації перекисів у коротких реакціях метаболізму, виконуючи активну захисну функцію.
Гаспар та співавт. наводять дані про корелятивний зв'язок між активністю мембранно-пов'язаної пероксидази та утворенням етилену
Секунди Хвилини Годинник
Мал. 22. Передбачуваний загальний шлях реакцій у деяких клітинних компартментах у відповідь на різні фізіологічні та хімічні стимули
Докладні пояснення див. у тексті [Gaspar et al., 1982]
[Gaspar et al., 1985]. Автори пишуть про реакції перетворення АЦК на етилен in vitro при використанні мембран, в які вбудовані пероксидази. Як АЦК-оксидази мембранно-пов'язані пероксидази регулюють продукцію етилену. Лімітуючим фактором при цьому є наявність пулу АЦК, хоча на утворення АЦК можуть стимулювати діяти іони Са2+ [Evensen, 1984]. Головна роль етилену - регулювати діяльність кислих пероксидаз та фенілаланін-аміак-ліази. Отже, з допомогою етилену регулюється як діяльність пероксидаз, а й синтез фенольних сполук.
Автори наведеної схеми (див. рис. 22) вважають, що на початку процесу, дуже швидко реагуючи на будь-який стрес, активуються основні пероксидази як перший крок відповіді, а зміни, пов'язані з метаболізмом ауксину і етилену, індукують посилення синтезу кислих пероксидаз як другий , і пізніший, крок відповідічи захисту. Передбачувана послідовність реакцій, складена за наявними даними, показує, що тільки два гормони тісно пов'язані через пероксидази з процесами відповіді на різні порушення. Ауксин та етилії, як циркулюючі гормони, регулюють метаболізм рослини загалом. Ауксин, пероксидаза та етилен взаємопов'язані при лігніфікації тканин і виявляють свою дію в місцях утворення локальних ушкоджень. Сигналом, що транспортується на відстань, може бути АЦК, присутність якої в різних частинах рослини є лімітуючим та визначальним фактором. АЦК-залежний синтез етилену виражається як градієнт реакцій по всій рослині. Такий тип сигнальних реакцій зумовлює підвищення активності пероксидази на значній відстані від клітин, уражених вірусом, забезпечуючи прояв вірусіндукованої системної стійкості.
При вивченні грибних захворювань було з'ясовано, що передача сигналу всередину клітини йде від поверхні, яка стикається з патогеном. Білки, які впізнають патоген, передають сигнал та мобілізують клітини на боротьбу з ним. Для координації реакцій існує механізм, з якого заражені клітини передають інформацію у клітини, розташовані поруч, а й у віддалені на значні відстані. У таких реакціях організму роль фітогормону може бути визначальною.
Останнім часом з'являються відомості про те, що фактор, що індукує захисні процеси, може передаватися нащадкам [Roberts, 1983; Wieringa-Brants, Dekker, 1987]. Так, Роберт [Roberts, 1983] показав, що набута стійкість передається через насіння. Цей феномен був встановлений, коли нижнє листя рослин надчутливого тютюну сорту Самсун NN неодноразово протягом двох тижнів інокулювали вірусом тютюнової мозаїки.Стійкість, що виявляється в таких рослинах, виражалася в тому, що діаметр некрозів на листі, що має системну стійкість, після попереднього багаторазового зараження зменшувався на 50% порівняно з контрольними рослинами.
Нащадок, вирощений із насіння цих рослин, також мав стійкість до зараження ВТМ. У таких рослин після зараження їх вірусом діаметр некрозів був на 28—38% меншим, ніж у контролі.
що свідчить про збереження в потомстві властивостей, притаманних стійких тканин рослин-батьків. Якийсь антивірусний агент, синтезований у процесі зараження рослин вірусом, може передаватися потомству не генетичним шляхом, оскільки багаторазове інфікування рослин-батьків призводить до вироблення сполук, що «пам'ятають» про попереднє зараження. Це підтверджує припущення, що в організмі рослин можуть існувати антитілоподібні білки, індуктори синтезу яких передаються потомству. Сам факт передачі стійкості через насіння є вельми обнадійливим та дає можливість пошуку шляхів розшифровки сутності механізму набутої стійкості.
Як показують численні дослідження, пероксидаза може безпосередньо впливати на частинки різних патогенів. Найбільш чітка дія пероксидази хрону визначена для бактерій та грибів. Бактерицидна дія цього ферменту посилюється в присутності його субстратів - сполук фенольної природи, оскільки вірусні РНК та більшість рослинних вірусів інактивуються in vitro ензиматично окисленими фенолами [Mink, Saksena, 1971; Saksena, Mink, 1970; Woods, Agrios, 1974]. Встановлено бактерицидну дію пероксидаз хрону та сої у присутності перекису водню та йодиду калію [Urs, Dunleavy, 1975]. Автори встановили, що йодид каліюобов'язковий, якщо використовувати відповідний субстрат, наприклад, катехол. За наявності перекису фермент окислює катехол до о-бензохінона [Saksena, Mink, 1970], який інактивує рослинні віруси.
Щоб перевірити дію окислених фенолів безпосередньо на патоген, У-рз та Данлейві [Urs, Dunleavy, 1974, 1975] поставили ряд дослідів. Вони провели окислення катехолу перед додаванням бактерій та спостерігали, що бактерицидна дія такої системи значно посилювалася. Хороші результати були отримані також, коли досліджувану суміш додавали окислений гідрохінон або гваякол. Дія пероксидази була випробувана при окисленні скополетину. Останнього в концентрації від 10
5 до 10_6М було достатньо прояви антипатогенного дії випробуваної системи. Автори вважають, що пероксидаза-Н2О2-фенол може прямо включатися в механізм стійкості рослин при інактивації бактерій Xanthomonas phaseoli var. sojensis.
Таким чином, накопичений фактичний матеріал свідчить про те, що бактерицидний ефект пероксидази посилюється за участю фенолів, що окислюються до хінонів, і ці процеси тісно взаємопов'язані. При перекисному окисленні багато сполук перетворюються на реакцион-носные радикали. Останні ковалентно зв'язуються з різними молекулами, утворюючи природні кон'юговані антигени, які внаслідок подальших окислювально-відновних реакцій знешкоджуються.
І. Є. Ковальов та О. Ю. Польова [1985] на великому матеріалі показали, що білкові молекули, володіючи реакційноздатними групами, зв'язуються з різними антигенами, в якості яких можуть бути білки, нуклеїнові кислоти, їх фрагменти та різні низькомолекулярні сполуки, у тому числі феноли. Останні, перетворюючись на хінони, ковалентнозв'язуються з іншими білками за рахунок активованої дво-
ного зв'язку. Участь пероксидази у цих процесах призводить до біоактивації різних сполук. У зв'язку з цим слід на увазі, що в рослинах надчутливих господарів, хоча вірус і локалізований в місцях утворення некрозів, в цілому рослині присутні фрагменти вірусних частинок [Дорохов, 1985; Atabecov, Dorokhov, 1984]. Тому для захисту від цих ендогенних антигенів повинна існувати захисна система, що звільняє організм від таких сполук. Пероксидаза має три карбоксильні групи на поверхні білка, які безпосередньо беруть участь в окисленні субстратів [Ugarova et al., 1984]. Очевидно, саме бічні ланцюги реакційноздатних груп пероксидази, захоплюючи антигени, здійснюють їх утримання та знешкодження у присутності перекису водню та фенолів з подальшою їх утилізацією у процесах метаболізму. Такий тип детоксикації антигенів у тваринних тканинах поширений. До того ж для отримання кон'югованих антигенів часто використовують пероксидазу рослин хрону ([Ковальов, Польова, 19851. див. також 3.1), що також підтверджує наявність у молекулі пероксидази реакційноздатних груп.
Таким чином, питання про те, чи бере участь пероксидаза в захисному механізмі рослин, переконливо схиляється у позитивний бік. Проте для вивчення імунних реакцій рослинних організмів необхідний ширший системний підхід. Пероксидаза - еволюційно старий білок, що виник набагато раніше за інших гемовмісних сполук. Це і дуже реакційноздатний фермент, за допомогою перекису водню і різних кофакторів здійснює окислювально-відновні процеси, в результаті яких відбувається перетворення та утилізація різних сполук.
Початковийпроцес патогенезу можна розділити на дві фази - детермінантну та експресивну [Метлицький, Озерецьківська, 1985]. Перша визначає, друга виконує, т. е. відбувається визначення специфіки контакту і задається програма її виконання. В останній фазі рослина вже «зіє», як захистити себе від патогену. Саме експресивну фазу вивчають багато дослідників у рослин-господарів, надчутливих до вірусного ураження. Ця фаза характерна насамперед тим, що в клітинах стійких рослин у місці ініціації некрозів різко змінюється метаболізм, і це виражається в активації багатьох ферментів, змінюється синтез їх субстратів, акумулюються феноли та хінони. Особливості прояву метаболічних процесів у цій фазі вивчаються давно та дуже інтенсивно, накопичено велику кількість даних. Набагато гірша ситуація з першою — детермінантною фазою, коли взаємодію вірусу і клітин рослини-господаря в перші секунди важко оцінити достовірно. А саме контакт клітин господаря та вірусу визначає подальшу долю зустрічі. Питання полягає в тому, як здійснюється цей конт