Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Ингибиторы биосинтеза каротиноидов

10.11.2018


Каротиноиды — важная составляющая фотосинтетического аппарата зеленых растений, входящая как в состав реакционных центров, так и светособирающего комплекса. Наряду со сбором квантов света и участием в процессе переноса электронов от ФС II каротиноиды защищают от фотоокисления, вызванного возбужденным хлорофиллом в триплетном состоянии, что особенно важно при высокой освещенности. Вещества, ингибирующие синтез каротиноидов, частично могут воспрепятствовать синтезу достаточного для эффективной фотозащиты их количества. В результате деградация хлорофилла, зависящая от уровня освещенности, ведет к типичному симптому обесцвечивания растений и резкому снижению интенсивности фотосинтеза.

Любой фермент в цепи реакции, ведущий к синтезу не только ликопена, но и а- и b-каротина, представляет собой потенциальную мишень для гербицида. Так, ингибирование ликопенциклазы также ведет к обесцвечиванию, как и ингибирование фитоендесатуразы. Однако коммерчески значимые гербициды обнаружены именно среди ингибиторов фитоендесатураз. Показатели i50 для высокоактивных ингибиторов фитоендесатураз в системе in vitro находятся в пределах 0,01—0,1 ммоля.

В растении присутствуют две высокогомологичные десатуразы, вовлеченные в десатурационную последовательность от фитоена до ликопена: фитоендесатураза (PDS) и каротиндесатураза (ZDS), филогенетически связанные с десатуразами цианобактерий. При действии ингибиторов (гербицидов) происходит накопление фитоена в растениях в цепи реакции: геранилзеранилпирофосфат —> фитоен —> e-каротин —> b-каротин. Есть разные типы ингибиторов десатураз в растениях, причем сами десатуразы являются интегральными мембранными белками.

Другой тип обесцвечивания с одновременным накоплением фитоена обнаружен на мутантах арабидопсиса, также идентифицирован фермент, являющийся мишенью для этой мутации. Им оказалась пластидная альтернативная оксидаза, участвующая в десатурации каротиноидов на ранних этапах. Эта альтернатива может стать новой мишенью для разработки других обесцвечивающих гербицидов разного функционального типа.

Типичный гербицид — ингибитор биосинтеза каротиноидов представляет собой 5-, 6-членный гетероцикл с одним или двумя фенильными кольцами. Несколько мутантов, устойчивых к обесцвечивающим гербицидам, обнаружили различную перекрестную устойчивость к другим обесцвечивающим гербицидам. Это указывает на наличие у фитоендесатуразы общего сайта связывания для большинства химических классов обесцвечивающих гербицидов. Весьма интересен факт обнаружения структурного сходства между некоторыми ингибиторами фотосистем и ингибиторами фитоендесатуразы, каждый из которых конкурирует за место связывания на пластохиноне. Самый яркий пример — флуометурон со значениемi50 = 2 мкМ in vitro для ингибитора ФСП и i50 = 10 мкМ для ингибитора фитоендесатуразы.

Скрининг новых ингибиторов метаболических реакций, обладающих гербицидным эффектом, не представляет сложной проблемы. Однако один из самых сложных моментов в разработке новых гербицидов — достижение избирательности, т. е. обнаружение культур, которые повреждаются меньше, чем сорняки. Толерантность культур может быть обусловлена несколькими причинами:

• пониженными концентрациями гербицида в зоне мишени, что может определяться ограниченным поступлением и транспортом или разложением гербицида или модификацией, включая конъюгацию в неактивный компонент;

• модификацией фермента-мишени с мутацией последнего в менее чувствительный белок или его избыточным синтезом. Более высокие концентрации фермента-мишени приводят к связыванию большего количества ингибитора и соответственно к меньшей концентрации несвязанного гербицида в зоне мишени.

Так, устойчивость одноклеточной цианобактерии Synechococcus к производным триэтиламинов удалось повысить в 37 раз с помощью технологии рекомбинантных ДНК только за счет дополнительного синтеза фермента-мишени. Что касается видов растений, устойчивых против обесцвечивающих гербицидов, в настоящее время они отсутствуют. Исключение составляют растения табака, трансформированные устойчивым бактериальным геном фитоендесатуразы. Это представляло непростую задачу, так как эндогенная фитоендесатураза у табака локализована и функционирует в тилакоидной мембране. «Чужая» десатураза в табаке проявляла собственную ферментативную активность. Ее экспрессия предохраняла от обесцвечивания норфлуразоном при концентрациях, превышающих в 50 раз i50 для дикого типа табака. Таким образом, когда эндогенная десатураза ингибируется обесцвечивающими гербицидами, чужой бактериальный фермент берет на себя ее функции по катализу реакций десатурации. При этом не наблюдается торможения роста, а содержание цветных каротиноидов не зависит от концентрации гербицидов даже в микромолярном диапазоне. Трансформированные таким образом растения табака проявляют перекрестную устойчивость ко многим гербицидам — ингибиторам фитоендесатуразы.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: