Л. Х. Гордон доктор биологических наук, профессор

давляющее действие на развитие патогенных микроорга-
низмов. В то же время Н
2
О
2
является вторичным посредни-
ком в НАДФН-оксидазной сигнальной системе. Недавно 
было установлено, что перекись водорода может активиро-
вать одну из изоформ киназы киназы МАР-киназы [Kovtun 
et al., 
2000]. Это позволяет сделать предположение о веро-
ятности следующего сигнального пути: Н
2
О
2
—
> МАРККК —> 
—> 
МАРКК —> МАРК —> активация факторов регуляции 
транскрипции. В результате осуществляется экспрессия за-
щитных генов, синтез патогениндуцированных белков 
[Antoniw et al.,1980; Hooft van Huijsduijnen et al., 1986; Raskin, 
1992; Gaffney et al., 1993; Delaney et al., 1994; Levine et al., 
1994; Chen et al., 1995; H. Wu et al., 
1997; и др.] и, как следст-
вие, появление локального и системного иммунитета.
Большую роль в функционировании НАДФН-оксидаз-
ной системы играет салициловая кислота, концентрация ко-
торой при действии патогенов, элиситоров или экзогенной 
перекиси водорода повышается в десятки раз [Leon et al., 
1995; Н. Wu et al., 1997; и др.]. Одной из причин "салицило-
вой вспышки" является элиситор-индуцируемое образова-
ние фенилаланин-аммиак-лиазы, в результате чего активи-
руется метаболическая цепь фенилаланин —> коричная кис-
лота —> бензойная кислота —> салициловая кислота. Второй 
причиной может быть быстрая активация гидролазы, осво-
бождающей салициловую кислоту из О-|3-О-глюкозидсали-
цилата, локализованного в клеточной стенке растений.
Снижение содержания салицилата в элиситированных 
клетках через некоторое время после "салицилатного 
взрыва" объясняется несколькими причинами: его выходом 
из клеток в апопласт и проводящие пути растений, превра-
щением в летучий метилсалицилат и его диффузией в окру-
жающее растение воздушное пространство, образованием 
глюкозильного эфира салицилата и его отложением в кле-
точные стенки, деградацией салициловой кислоты.
Для выяснения функций салициловой кислоты начали 
поиск салицилатсвязывающих белков. Оказалось, что та-
ким белком является каталаза [Chen et al., 1993]. Считается, 
что салициловая кислота действует ингибирующе на ката-
лазу и, перекрывая основной расходный канал баланса 
Н
2
О
2
, способствует ее накоплению. Некоторые исследова-
тели не разделяют этого мнения о роли салициловой кисло-
ты в НАДФН-оксидазной системе, однако полученные дан-
ные о существовании нескольких органоспецифичных изо-
форм катал азы, отличающихся способностью ингибиро-
ваться салицилатом, рассеяли эти сомнения. Кстати, было 
обнаружено, что салициловая кислота - это ингибитор не 
только каталазы, но и целого ряда других железосодержа-
щих ферментов [Chen et al., 1997] - аскорбат-пероксидаз, 
аконитаз, АСС-оксидазы. Последнее объясняет, почему са-
лициловая кислота затормаживает синтез этилена [Leslie, 
Romani, 
1986; 1988]. Имеются результаты, свидетельствую-
щие о существовании активируемых салицилатом МАР-ки-
назах (SIPK) [Zhang, Klessig, 1997; Zhang et al., 1998; Romeis 
et al., 1999; Mikolajczyk et al., 
2000] и о салицилатиндуцируе-
мых рецепторных киназах [Не et al., 1999], которые активи-
ровались также патогенами и окислительным стрессом 
ICzernic et al., 
1999]. Если иметь в виду, что расположение 
двух гидроксильных групп у салициловой кислоты и пере-
киси водорода может быть сходным [Тарчевский и др., 
i 
999], то не исключено, что салицилатактивируемые проте-
инкиназы являются и Н
2
О
2
-
активируемыми протеинкиназа-
ми [Guyton et al., 1996].
Одним из важных последствий активации патогенами и 
элиситорами НАДФН-оксидазной системы можно считать 
появление так называемой сверхчувствительности инфици-
рованных и рядом расположенных клеток, что приводит к 
их гибели и появлению некротических пятен. Отмирание 
клеток - это результат включения специальной генетиче-
ской программы. У растений программируемая смерть кле-
ток (апоптоз) начала изучаться позднее, чем у животных, 
причем было обнаружено, что механизмы апоптоза в ос-
новном идентичны [Самуилов и др., 2000; Shirasu, Schulze-
Lefert, 
2000]. Необходимо отметить, что в апоптозе прини-
мают участие перекись водорода и салициловая кислота 
НАДФН-оксидазной системы и некоторые интермедиаты 
кальциевой, липоксигеназной, МАР-киназной и NO-синтаз-
ной сигнальных систем.
Ранее [Тарчевский и др., 19966] мы показали, что инфи-
цирование микоплазмой Acholeplasma laidlawii 118 приводит 
к появлению ряда новых белков, синтез одного из которых 
(38 кДа) индуцируется также салицилатом и янтарной кис-
лотой [Тарчевский и др., 1999]. Полученные данные позво-

ляют утверждать, что экзогенные салицилат и сукцинат 
включают тот же сигнальный путь, который вызывает об-
разование части индуцируемых микоплазмами белков. Так 
как это мог быть НАДФН-оксидазный путь, в котором 
важную роль играет перекись водорода, то это побудило 
нас провести сравнительное изучение действия экзогенных 
салицилата (ингибитора каталазы) и сукцината на каталаз-
ную активность. Оказалось, что оба эти соединения в одних 
и тех же концентрациях тормозят разложение Н
2
О
2
, т.е. яв-
ляются ингибиторами каталазы.
В связи с этим с помощью программы "Oxford molecular 
modelling program" 
мы построили молекулярные модели 
Н
2
О
2
, салициловой и янтарной кислот. Близость расстояний 
между водородными атомами гидроксильных групп во всех 
трех типах молекул (у перекиси водорода - 2,62 А, салици-
лата - 2,56 А, у одной из возможных конформаций сукцина-
та - 2,64 А) позволяет предполагать, что салициловая и ян-
тарная кислоты могут связываться с активным центром ка-
талазы, выступая в роли конкурентных ингибиторов в реак-
ции разложения перекиси водорода.
Вполне вероятно, что экзогенная янтарная кислота, по-
добно салициловой, может приводить и к другим эффектам: 
активации супероксиддисмутазы [Rao et al., 1997; Minibayeva 
et al., 
2001] (а это приводит к повышению концентрации пе-
рекиси водорода), ингибированию аконитаз, пероксидаз и 
оксидаз [Ruffer et al., 1995].
Не исключено, что освобождаемые из одних клеток са-
лициловая и янтарная кислоты могут в качестве первич-
ных сигналов взаимодействовать с одним и тем же рецеп-
торным белком плазмалеммы других клеток, изменяя его 
конформацию и "включая" метаболические цепи преобра-
зования и умножения сигнального импульса, завершающи-
еся экспрессией генов и синтезом защитных белков и фи-
тоалексинов.
В нашей лаборатории при исследовании влияния экзо-
генной салициловой кислоты на полипептидный спектр и 
(качественно, по почернению рентгеновской пленки) на 
включение 
|4
С-аминокислот в отдельные полипептиды ока-
залось, что салициловая кислота очень сильно повышала 
содержание полипептида 29 кДа из группы кислых белков, 
а также увеличивала набор щелочных белков, среди кото-
рых появлялись новые полипептиды 11, 38, 42 и 72 кДа 
[Тарчевский и др., 1999].
Полипептиды 72 и 11 кДа можно отнести к белкам с вы-
сокой скоростью оборота (turnover), отличающимся интен-
сивным образованием (что определяет их высокую радио-
активность) и быстрым распадом (это приводит к столь низ-
кому содержанию этих полипептидов, что они не проявля-
ются на гелях). Обычно такие соединения играют в обмене 
веществ роль оперативных регуляторов, достаточно чутко 
реагирующих на изменение внутриклеточной или внешней 
ситуации.
Обращает на себя внимание, что салицилатиндуциро-
ванный кислый белок 29 кДа имел очень высокую радиоак-
тивность, наивысшую среди всех рассматриваемых поли-
пептидов. В то же время в полипептидах 38 и 42 кДа не об-
наруживалось высокой радиоактивности. Не исключено, 
что в двух последних случаях салициловая кислота не столь-
ко усиливала синтез этих полипептидов, сколько подавляла 
интенсивность их деградации. Быть может, установленный 
ранее факт стимулирования салицилатом образования ин-
гибиторов протеиназ [Jung et al., 1993] белковой природы 
свидетельствует о возможности действия некоторых из 
этих ингибиторов не только на протеиназы патогена, но и 
на некоторые протеиназы растения-хозяина.
Нами не установлено случаев полной репрессии салици-
латом образования полипептидов, наблюдалось лишь силь-
ное снижение содержания полипептида 27 кДа.
Электрофоретическое разделение белков показало, что 
салициловая и янтарная кислоты вызвали сходное измене-
ние набора полипептидов. Эти данные позволяют заклю-
чить, что экзогенные салицилат и сукцинат включают одни 
и те же механизмы экспрессии генов. Особенности измене-
ния синтеза различных белков под влиянием экзогенного 
салицилата изучались многими авторами [Antoniw, White, 
1980; Van Loon, Antoniw, 1982; Pennazio et al., 
1983; и др.]. 
В одной из таких работ [Jung et al., 1993] было обнаружено 
индуцирование ацетилсалициловой кислотой в растениях 
подсолнечника синтеза полипептидов 17 кДа (из группы 
PR 
1 белков), 40 кДа (из группы PR 2 белков), 29 и 37 кДа 
(из группы PR 3 белков) и 20 кДа (из группы PR 5 белков), 
причем все они экскретировались в межклеточное прост-

ранство. Для белков группы PR 2 характерна (3-глюканазная 
активность, для группы PR 3 - хитиназная, к белкам груп-
пы PR 5 относят ингибиторы протеиназ. По всей вероятности, 
найденные нами в растениях гороха салицилатиндуцирован-
ные белки 29 и 38 кДа аналогичны белкам группы PR 3 под-
солнечника с близкими молекулярными массами.
Проведенные исследования позволяют считать, что ян-
тарная кислота является природным миметиком салицило-
вой кислоты, приводя в действие те же механизмы индук-
ции локальной и системной устойчивости растений к пато-
генам. Вероятно, этим и объясняется положительное воз-
действие обработок препаратами янтарной кислоты на ус-
тойчивость и продуктивность сельскохозяйственных расте-
ний [Тарчевский, 1997].
Как и ожидалось, сходным с салицилатом действием об-
ладает не только янтарная кислота, но и другие ди- и три-
карбоксиловые органические кислоты цикла Кребса со 
сходным с салицилатом расположением гидроксильных 
групп. Было показано, что салициловая, янтарная, яблоч-
ная, фумаровая и лимонная кислоты активируют внекле-
точную пероксидазу, что приводит к значительной интенси-
фикации образования супероксида [Minibayeva et al., 2001]. 
Можно предположить, что освобождение янтарной кисло-
ты и других ди- и трикарбоксиловых органических кислот 
во внеклеточное пространство происходит при механиче-
ском повреждении клеток или начинающемся апоптозе. По 
всей вероятности, эти соединения являются одними из тех 
молекулярных "сигналов бедствия", которые включают за-
щитные механизмы в соседних клетках [Тарчевский, 1993].
Роль перекиси водорода и салицилата в растениях не ог-
раничивается их участием в функционировании НАДФН-
оксидазной системе клетки, подвергшейся действию элиси-
торов. Оказалось, что они активируют программируемую 
смерть клеток (апоптоз), подавляют развитие патогенов. 
Кроме того, салициловая кислота может быть одним из фак-
торов индукции системного иммунитета в частях растений, 
удаленных от места инфицирования патогенами. Это объ-
ясняется ее способностью транспортироваться по флоэме 
[Shulaev et al., 
1995] и служить элиситором, включающим 
сигнальные системы клеток. Некоторые исследователи ос-
паривали роль салицилата в качестве индуктора системного
иммунитета, но опыты с использованием трансгенных рас-
тений [Gaffney et al., 1993; Delaney et al., 1994] с привнесен-
ным геном бактериальной салицилатгидроксилазы (не спо-
собных накапливать салициловую кислоту после инфици-
рования патогенами и осуществлять с ее помощью систем-
ный иммунитет) устранили эти возражения.
Салициловая кислота может метилироваться, а летучий 
метилсалицилат - принимать участие в аллелопатических 
взаимоотношениях в фитоценозах, наряду с летучими про-
изводными липоксигеназного метаболизма (гексеналями, 
гексенолами, ноненалями, ноненолами, метилжасмонатом) 
и летучими терпеноидными фитоалексинами.
Ознакомление с многочисленными публикациями поз-
воляет сделать вывод, что окислительный взрыв может иг-
рать одну из главных ролей в появлении разнообразных за-
щитных ответов [Grant, Loake, 2000] и что многие вопросы 
функционирования НАДФН-оксидазной сигнальной систе-
мы остаются еще неизученными.

жүктеу/скачать 3,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: