Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування
The influence of short-term high-temperature hardening (42 ºС, 1 min) of wheat plantlets on the activity and the thermostability of catalase and peroxidase has been studied. Hardening caused an increase of the activity and the thermostability of both enzymes. The pretreatments of plantlets with the...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7496 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування / Ю.В. Карпець, Ю.Є. Колупаєв, Л. I. Мусатенко // Доп. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 136-140. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7496 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-74962025-02-23T18:14:20Z Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування Карпець, Ю.В. Колупаєв, Ю.Є. Мусатенко, Л.І. Біологія The influence of short-term high-temperature hardening (42 ºС, 1 min) of wheat plantlets on the activity and the thermostability of catalase and peroxidase has been studied. Hardening caused an increase of the activity and the thermostability of both enzymes. The pretreatments of plantlets with the inhibitor of protein biosynthesis, cycloheximide, or with the antioxidant, ionol, substantially levelled the stated changes. The conclusion about the role of the reactive oxygen species as signal intermediates and the induced protein biosynthesis in changes of the activity and the thermostability of antioxidative enzymes of plantlets after the heat hardening has been made. 2008 Article Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування / Ю.В. Карпець, Ю.Є. Колупаєв, Л. I. Мусатенко // Доп. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 136-140. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7496 581.1.036.2:577.15 uk application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Біологія Біологія |
| spellingShingle |
Біологія Біологія Карпець, Ю.В. Колупаєв, Ю.Є. Мусатенко, Л.І. Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування |
| description |
The influence of short-term high-temperature hardening (42 ºС, 1 min) of wheat plantlets on the activity and the thermostability of catalase and peroxidase has been studied. Hardening caused an increase of the activity and the thermostability of both enzymes. The pretreatments of plantlets with the inhibitor of protein biosynthesis, cycloheximide, or with the antioxidant, ionol, substantially levelled the stated changes. The conclusion about the role of the reactive oxygen species as signal intermediates and the induced protein biosynthesis in changes of the activity and the thermostability of antioxidative enzymes of plantlets after the heat hardening has been made. |
| format |
Article |
| author |
Карпець, Ю.В. Колупаєв, Ю.Є. Мусатенко, Л.І. |
| author_facet |
Карпець, Ю.В. Колупаєв, Ю.Є. Мусатенко, Л.І. |
| author_sort |
Карпець, Ю.В. |
| title |
Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування |
| title_short |
Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування |
| title_full |
Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування |
| title_fullStr |
Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування |
| title_full_unstemmed |
Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування |
| title_sort |
роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Біологія |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7496 |
| citation_txt |
Роль активних форм кисню в підвищенні термостабільності антиоксидантних ферментів коренів пшениці після теплового загартування / Ю.В. Карпець, Ю.Є. Колупаєв, Л. I. Мусатенко // Доп. НАН України. — 2008. — № 12. — С. 136-140. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT karpecʹûv rolʹaktivnihformkisnûvpídviŝennítermostabílʹnostíantioksidantnihfermentívkorenívpšenicípíslâteplovogozagartuvannâ AT kolupaêvûê rolʹaktivnihformkisnûvpídviŝennítermostabílʹnostíantioksidantnihfermentívkorenívpšenicípíslâteplovogozagartuvannâ AT musatenkolí rolʹaktivnihformkisnûvpídviŝennítermostabílʹnostíantioksidantnihfermentívkorenívpšenicípíslâteplovogozagartuvannâ |
| first_indexed |
2025-11-24T08:13:14Z |
| last_indexed |
2025-11-24T08:13:14Z |
| _version_ |
1849658697761947648 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
12 • 2008
БIОЛОГIЯ
УДК 581.1.036.2:577.15
© 2008
Ю.В. Карпець, Ю.Є. Колупаєв, член-кореспондент НАН України
Л. I. Мусатенко
Роль активних форм кисню в пiдвищеннi
термостабiльностi антиоксидантних ферментiв
коренiв пшеницi пiсля теплового загартування
The influence of short-term high-temperature hardening (42 ◦С, 1 min) of wheat plantlets on
the activity and the thermostability of catalase and peroxidase has been studied. Hardening
caused an increase of the activity and the thermostability of both enzymes. The pretreatments
of plantlets with the inhibitor of protein biosynthesis, cycloheximide, or with the antioxidant,
ionol, substantially levelled the stated changes. The conclusion about the role of the reactive
oxygen species as signal intermediates and the induced protein biosynthesis in changes of the
activity and the thermostability of antioxidative enzymes of plantlets after the heat hardening
has been made.
Ефекти температурного загартування рослин значною мiрою пов’язанi зi зменшенням iн-
тенсивностi синтезу конститутивних бiлкiв та iндукцiєю утворення стресових бiлкiв [1].
У переважнiй бiльшостi дослiджень ролi iндукованого бiлкового синтезу в адаптивних про-
цесах вивчався вiдносно тривалий вплив на рослини помiрних загартовувальних темпера-
тур, менш дослiдженi змiни бiлкового синтезу за короткочасної дiї високих температур [2].
Ефект теплового загартування рослин короткочасною (вiд кiлькох секунд до кiлькох хви-
лин) дiєю ушкоджувальних (сублетальних) температур пов’язують передусiм зi швидкими
змiнами конформацiї вже iснуючих бiлкiв [3]. Проте наявнiсть лаг-перiоду мiж короткочас-
ним впливом сублетальної температури i розвитком теплостiйкостi [2] дає пiдстави припус-
кати можливу роль iндукованого бiлкового синтезу у формуваннi терморезистентностi за
короткочасного загартування. Необхiдно вiдзначити, що поява бiлкiв теплового шоку мо-
же бути iндукована й iншими впливами, зокрема дiєю прооксидантiв [4]. Водночас вiдомо,
що i нагрiвання може спричиняти окиснювальний стрес [5]. Ранiше нами показане явище
короткочасного пiдвищення вмiсту пероксидiв у коренях пшеницi пiсля однохвилинної дiї
загартовувальної температури 42 ◦С [6]. Висловлюється припущення, що пiдвищення вмiс-
ту активних форм кисню (АФК) може виконувати роль сигналу в запуску формування
теплостiйкостi [5].
136 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №12
Вiдомо, що надмiрне утворення АФК може спричиняти розвиток ушкоджень рослин за
дiї несприятливих чинникiв. Так, показано, що ефекти окиснювального стресу, якi спостерi-
галися при тепловому ушкодженнi рослин, пов’язанi з iнактивацiєю високою температурою
антиоксидантних ферментiв, передусiм каталази [7, 8]. У зв’язку з цим виникає питання: чи
вiдбувається при короткочасному тепловому загартуваннi рослин iндукцiя синтезу бiльш
термостабiльних форм антиоксидантних ферментiв i чи можуть АФК бути посередниками
в запуску такої адаптивної реакцiї? З’ясування цього питання i було метою нашого дослiд-
ження.
Об’єктом дослiдження були 4-добовi етiольованi проростки озимої пшеницi (Triticum
aestivum L.) сорту Донецька 48. Умови пророщування насiння та пiдготовки проросткiв до
експерименту описанi ранiше [9]. Короткочасне загартування здiйснювали шляхом одно-
хвилинного прогрiву проросткiв у ваннi водного ультратермостата при (42,0 ± 0,1) ◦С [6].
Обробку проросткiв iнгiбiтором бiлкового синтезу на 80S рибосомах циклогексимiдом
(ЦГ, 20 мкМ) або антиоксидантом iонолом (бутилгiдрокситолуол, 150 мкМ) починали за
24 год до загартування. Пiсля загартування протягом 24 год кореневу систему проросткiв
вiдповiдних варiантiв також витримували на розчинах ЦГ або iонолу. Концентрацiї цих ре-
човин, якi, не виявляючи ознак фiтотоксичної дiї, нiвелювали розвиток теплостiйкостi у фi-
зiологiчно нормальних кiлькостях, вибирали на пiдставi результатiв попереднiх дослiдiв.
Теплостiйкiсть проросткiв оцiнювали за їх виживанням через 3 доби пiсля нагрiвання
у водному термостатi при 45 ◦С протягом 10 хв. Тестуюче нагрiвання проводили через
24 год пiсля загартування, коли спостерiгалася максимальна теплостiйкiсть проросткiв [6].
Активнiсть розчинних форм каталази i пероксидази (гваяколпероксидази) в коренях
пшеницi визначали як описано ранiше [9]. Для оцiнки термостабiльностi ферментiв їх екст-
ракти прогрiвали в ультратермостатi протягом 10 хв при значеннях температури вiд 38
до 75 ◦С, пiсля чого визначали залишкову активнiсть.
У спецiальних дослiдах оцiнювали вплив ЦГ та iонолу на активнiсть i термостабiльнiсть
каталази i пероксидази in vitro. Цi сполуки in vitro у концентрацiях, еквiвалентних робо-
чим концентрацiям, що використовувалися у дослiдах in vivo, достовiрно не впливали на
активнiсть i теплостiйкiсть обох ферментiв (результати не наводяться).
На рис. 1–3 наведенi середнi значення чотирьох незалежних експериментiв та їх стан-
дартнi вiдхилення. Крiм випадкiв, вiдзначених окремо, обговорюються рiзницi, достовiрнi
при p 6 0,05.
Як показали результати дослiдження, обробка проросткiв ЦГ повнiстю нiвелювала ефект
теплового загартування (рис. 1). Отже, можна стверджувати, що формування теплостiй-
костi проросткiв пшеницi пiсля впливу на них сублетальної температури вiдбувалося за
участю iндукованого бiлкового синтезу.
Ефект теплового загартування проросткiв також майже повнiстю усувався антиокси-
дантом iонолом. Нiвелювання ефектiв загартування антиоксидантом свiдчить про можливу
причетнiсть АФК до пiдвищення теплостiйкостi (див. рис. 1).
У подальших експериментах з’ясовували, чи вiдбуваються пiсля короткочасного загар-
тування змiни активностi i термостабiльностi ферментiв, що регулюють вмiст пероксиду
водню, i чи залежать цi змiни вiд iндукованого бiлкового синтезу та вмiсту АФК у тка-
нинах.
За даними попереднiх експериментiв, термостабiльнiсть каталази i пероксидази коренiв
проросткiв пшеницi iстотно вiдрiзняється. Пероксидаза iнактивувалася при помiтно вищих
значеннях температури порiвняно з каталазою (рис. 2). У подальших експериментах як
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №12 137
Рис. 1. Виживанiсть (%) проросткiв озимої пшеницi пiсля ушкоджувального нагрiвання:
1 — контроль; 2 — загартування; 3 — ЦГ (20 мкМ); 4 — загартування+ЦГ (20 мкМ); 5 — iонол (150 мкМ);
6 — загартування + iонол (150 мкМ)
Рис. 2. Залишкова активнiсть (%) каталази (1 ) i пероксидази (2 ) коренiв пшеницi пiсля 10-хвилинного
нагрiвання екстракту
показники термостабiльностi ферментiв використовували величини залишкової активностi
пiсля прогрiву екстрактiв при (50±0,1) i (66±0,1) ◦С для каталази i пероксидази вiдповiдно.
За час спостережень у контрольному варiантi активнiсть каталази iстотно не змiнюва-
лася. Пiсля загартування вiдзначалася тенденцiя до пiдвищення активностi каталази в ко-
ренях проросткiв при загартуваннi, що було бiльш помiтним (p 6 0,1) через 24 год пiсля
короткочасної дiї на проростки сублетальної температури (рис. 3, а). ЦГ сам по собi iстот-
но не впливав на активнiсть каталази в коренях, але нiвелював пiдвищення, спричинюване
загартуванням (p 6 0,1). Обробка коренiв проросткiв антиоксидантом iонолом достовiрно
не змiнювала активностi каталази. При поєднаннi загартування та обробки iонолом вiдзна-
чалася дещо пiдвищена порiвняно з контролем активнiсть каталази через 24 год пiсля дiї
138 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №12
Рис. 3. Активнiсть (а, в) i термостабiльнiсть (% залишкової активностi пiсля прогрiву екстрактiв ферменту —
б, г) каталази (а, б ) i пероксидази (в, г) коренiв пшеницi за впливу загартування, ЦГ та iонолу.
I — до початку експозицiї проросткiв на розчинах ЦГ або iонолу; II — пiсля 24 год обробки проросткiв ЦГ
або iонолом; III, IV — вiдповiдно через 1 i 24 год пiсля дiї загартовувальної температури або (та) 25 i 48 год
впливу ЦГ або iонолу.
1 — контроль; 2 — загартування; 3 — ЦГ (20 мкМ); 4 — загартування+ЦГ (20 мкМ); 5 — iонол (150 мкМ);
6 — загартування + iонол (150 мкМ)
сублетальної температури, але величина активностi достовiрно не вiдрiзнялася вiд такої як
у контролi, так i у варiантi за дiї лише загартування (див. рис. 3, а).
За короткочасної дiї сублетальної температури термостабiльнiсть каталази iстотно пiд-
вищувалася (див. рис. 3, б ), цей ефект спостерiгався вже через 1 год пiсля теплового загар-
тування i ставав бiльш помiтним через 24 год пiсля дiї пiдвищеної температури. Обробка
проросткiв ЦГ повнiстю усувала спричинюване загартуванням пiдвищення термостабiль-
ностi каталази коренiв. Схожий ефект, хоча в дещо меншiй мiрi, вiдзначався при обробцi
проросткiв антиоксидантом iонолом (див. рис. 3, б ).
Активнiсть пероксидази в контрольному варiантi впродовж перших 24 год спостережень
пiдвищувалася (див. рис. 3, в), що може бути пов’язано iз залежнiстю активностi ферменту
вiд вiку проросткiв [9]. ЦГ усував такi змiни активностi ферменту. Через 1 год пiсля дiї на
проростки загартовувальної температури активнiсть пероксидази в коренях пiдвищувала-
ся, а надалi (24 год) стабiлiзувалася (див. рис. 3, в). Iнгiбiтор бiлкового синтезу нiвелював
ефект пiдвищення активностi пероксидази, спричинюваний загартуванням. Антиоксидант
iонол так само усував пiдвищення активностi ферменту, що спостерiгалося через 1 год пiс-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №12 139
ля загартування. Через 24 год пiсля дiї загартовувальної температури активнiсть ферменту
у варiантi з iонолом пiдвищувалася до рiвня вiдповiдного контролю, при поєднаннi ж за-
гартування i дiї iонолу активнiсть пероксидази залишалася незмiнною (див. рис. 3, в).
Загартування призводило до пiдвищення термостабiльностi пероксидази, бiльш помiт-
ного через 24 год пiсля однохвилинної дiї на проростки температури 42 ◦С (див. рис. 3, г).
Ефект зростання термостабiльностi пероксидази, як i ефект збiльшення її активностi, що
спостерiгався пiсля загартування, усувався iнгiбiтором бiосинтезу бiлка ЦГ та антиокси-
дантом iонолом.
Таким чином, короткочасне (однохвилинне) загартування проросткiв пшеницi призводи-
ло до пiдвищення активностi i термостабiльностi ферментiв, якi регулюють вмiст пероксиду
водню, — каталази i пероксидази. Цi ефекти, очевидно, пов’язанi з iндукованим синтезом
бiльш термостабiльних iзоформ цих ферментiв, а не з конформацiйними змiнами, оскiльки
пiдвищення термостабiльностi обох ферментiв усувалося iнгiбiтором бiлкового синтезу, що
узгоджується з вiдомостями про iснування рiзних за термостабiльнiстю iзоформ пероксида-
зи [10] i каталази [11] та про можливiсть змiни їх iзоферментного складу залежно вiд умов
середовища [12]. Iмовiрно, у ролi iндукторiв або месенджерiв, якi запускають спричинюванi
загартовувальною температурою змiни активностi i термостабiльностi ферментiв, можуть
бути АФК. Виявлене нами зняття антиоксидантом ефекту пiдвищення термостабiльностi
обох ферментiв — каталази i пероксидази — свiдчить на користь такого припущення.
1. Войников В.К., Боровский Г. Б., Колесниченко А. В., Рихванов Е. Г. Стрессовые белки растений. –
Иркутск, 2004. – 129 с.
2. Титов А.Ф., Акимова Т. В., Таланова В. В., Топчиева Л.В. Устойчивость растений в начальный
период действия неблагоприятных температур. – Москва: Наука, 2006. – 143 с.
3. Константинова М.Ф., Горбань И.С. Теплоустойчивость фосфоэнолпируваткарбоксилазы после
10-секундного закаливания листьев кукурузы // Цитология. – 1985. – 28, № 8. – С. 950–952.
4. McDuffee A.T., Senisterra G., Huntley S. et al. Proteins containing non-native disulfide bonds generated
by oxidative stress can act as signals for the induction of the heat shock response // J. Cell Physiol. –
1997. – 171. – P. 143–151.
5. Suzuki N., Mittler R. Reactive oxygen species and temperature stresses: A delicate balance between sig-
naling and destruction // Physiol. Plant. – 2006. – 126. – P. 45–51.
6. Карпець Ю.В., Колупаєв Ю.Є., Ястреб Т.О., Обозний О. I. Супресiя антиоксидантом iонолом ефек-
тiв короткочасного теплового загартування рослин: Сучаснi проблеми фiзiологiї та iнтродукцiї рос-
лин: Матерiали Всеукр. наук.-практ. конф. – Днiпропетровськ, 2007. – С. 59–60.
7. Lopez-Delgado H., Dat J. F., Foyer C.H., Scott I.M. Induction of thermotolerance in potato microplants
by acetylsalicylic acid and H2O2 // J. Exp. Bot. – 1998. – 49. – P. 713–720.
8. Corpas F. J., Barroso J. B., del Rio L.A. Peroxisomes as a source of reactive oxygen species and nitric
oxide signal molecules in plant cells // Treds Plant Sci. – 2001. – 8, No 4. – P. 145–150.
9. Колупаєв Ю.Є., Карпець Ю.В. Iндукування салiциловою кислотою тепло- i солестiйкостi проросткiв
Triticum aestivum L. у зв’язку зi змiнами прооксидантно-антиоксидантної рiвноваги // Укр. ботан.
журн. – 2006. – 63, № 4. – С. 558–565.
10. Савич И.М. Пероксидазы – стрессовые белки растений // Успехи соврем. биологии. – 1989. – 107,
вып. 3. – С. 406–417.
11. Семчишин Г.М., Лущак В. I. Оксидативний стрес i регуляцiя активностi каталаз у Esherichia coli //
Укр. бiохiм. журн. – 2004. – 76, № 2. – С. 31–42.
12. Bakalova S., Nedeva D., Nikolova A. Isoenzyme profiles of peroxidase, catalase and superoxide dismutase
as affected by dehydration stress and ABA // Bulg. J. Plant Physiol. – 2003. – Spec. Issue. – P. 386.
Надiйшло до редакцiї 07.04.2008Харкiвський нацiональний аграрний
унiверситет iм. В. В. Докучаєва
Iнститут ботанiки iм. М. Г. Холодного
НАН України, Київ
140 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №12
|