Время воздействия элиситора, мин

вышения содержания и изменения соотношения оксилипи-
нов заключается в активации ферментов, в первую очередь 
катализирующих начальные реакции липоксигеназного ме-
таболизма: фосфолипаз и липоксигеназ [Maccarone et al., 
1992; Sembdner, Parthier, 1993; Macri et al., 1994; Rosahl, 1996; 
Royo et al., 
1996]. К сожалению, данных об изменениях ак-
тивности других ферментов липоксигеназной системы 
очень мало. Имеются лишь сведения, что элиситоры [Kondo 
et al., 
1995] и метилжасмонат [Adviushko et al., 1995] активи-
руют гидропероксидлиазу, а перекись водорода [Takamura, 
Gardner, 
1996] ингибирует пероксигеназу.
Интенсификация липоксигеназного метаболизма осуще-
ствляется не только за счет активации уже имеющихся в 
клетках ферментов, но и за счет повышения их содержания, 
вызванного индукцией экспрессии генов (образования соот-
ветствующих мРНК и с их помощью белков-ферментов). 
Было обнаружено повышение содержания мРНК, кодирую-
щих различные формы липоксигеназ, под влиянием механи-
ческого повреждения растений [Bell, Mullet, 1991; 1993; 
Geerts et al., 1994; Royo et al., 1996; Heitz et al., 1997; Mauch et 
al., 1997; McConn et al., 
1997], обезвоживания [Bell, Mullet, 
1991; Maccarrone et al., 
1995], повышенных температур 
[Maccarrone et al., 
1992], патогенов [Melan et al., 1993; Peng et 
al., 1994; Veronesi et al., 1996; Schweizer et al., 
1997], абсцизо-
вой кислоты [Maccarrone et al., 1995], жасмоновой кислоты 
[Veronesi et al., 1996; Schweizer et al., 
1997], метилжасмоната 
[Bell, Mullet, 1991; 1993; Melan et al., 
1993], гибберелловой ки-
слоты [Veronesi et al., 1996], ограничения потребления асси-
милятов репродуктивными органами [Jensen et al., 1997] и т.д. 
При этом тот или иной стрессор или сигнал может вызывать 
неодинаковую интенсивнось и временной ход накопления 
транскриптов различных форм липоксигеназ [Eiben, 
Slusarenko, 1994; Royo et al., 1996; Saravitz, Siedow, 1996].
Активация процессов транскрипции генов, кодирующих 
липоксигеназы, приводит к повышению интенсивности ок-
сигенирования свободных и эстерифицированных (находя-
щихся в составе галактолипидов и фосфолипидов) ненасы-
щенных жирных кислот, а также дальнейших превращений 
их оксигенированных форм.
Многие исследователи нашли, что гидроперокси- и гид-
роксипроизводные линолевой и линоленовой кислот, обра-
зующиеся в инфицированных растениях, обладают антими-
кробным действием [Kato et al., 1992; Namai et al., 1993]. Сре-
ди них самая высокая фунгицидная активность у гидропер-
окси- и гидроксикислот [Kato et al., 1983; 1986]. Антимикроб-
ные свойства обнаружены также у эпокси- и эпоксигидрок-
сипроизводных линолевой и линоленовой кислот [Kato et al., 
1986; и др.]. Гексенали и гексенолы являются одними из 
наиболее важных антимикробных [Croft et al., 1993; Deng et 
al., 
1993] и антигрибных [Hamilton-Kemp et al., 1992; Vaughn, 
Gardner, 
1993] агентов, обеспечивающих первичную хими-
ческую защиту раневой поверхности растения от атаки па-
тогенов [Croft et al., 1993]. Примечательно, что транс-2-гек-
сеналь обладает большей бактерицидной активностью, чем 
цмс-3-гексеналь. Нонадиенали также обладают бактери-
цидными и фунгицидными свойствами [Hamilton-Kemp et al., 
1992; Vaughn, Gardner, 
1993]. Фунгицидную активность про-
являет 13-оксо-тридека-9,11 -диеновая кислота, образующа-
яся в растениях под влиянием элиситоров [Kondo et al., 
1995].
Оксилипины участвуют в механизмах защиты не только 
против инфекции, но и листогрызущих насекомых [Doss et 
al., 1989; Farmer, Ryan, 1990; Howe et al., 
1996]. Имеются све-
дения о том, что у некоторых видов растений сигналом, вы-
зывающим защитную реакцию в ответ на атаку насекомых, 
является жасмонат [Farmer, Ryan, 1990; Howe et al., 1996]. В 
растениях люцерны был обнаружен макролактон [Doss et 
al., 
1989] упоминавшейся ранее 12-гидрокси-9^)-додецено-
вой кислоты, определяющий устойчивость люцерны по от-
ношению к насекомому-вредителю Medicago rugosa Desr.
Важен вопрос о внутриклеточной локализации различ-
ных реакций липоксигеназного метаболизма. В большинст-
ве клеток растений эта сигнальная цепь начинается в плаз-
малемме и продолжается в цитоплазме. Однако в клетках, 
содержащих хлоропласты, ситуация сильно осложняется. 
Дело в том, что хлоропласты являются основным вместили-
щем полиеновых жирных кислот (входящих главным обра-
зом в состав галактолипидов), которые освобождаются при 
повышении активности липазных реакций, вызванном, на-
пример, атакой патогенов [Marechal et al.,1997]. В хлоропла-
стах имеется набор ферментов, участвующих в образовании 
интермедиатов липоксигеназной сигнальной системы: деса-

туразы жирных кислот [Nishiuchi et al.,1997], липоксигена-
зы, алленоксидсинтазы [Song et al., 1993; Laudert et al., 1996; 
Maucher et al., 2000; Froehlich et al., 
2001], алленоксидцикла-
зы [Ziegler et al., 2000], лиазы гидропероксипроизводных по-
лиеновых жирных кислот fBlee, Joyard, 1996; Zhuang et al., 
1996; Froehlich et al., 
2001]. Все перечисленные ферменты 
имеют ядерное происхождение, и при транспорте в хлоро-
пласты от первых трех отщепляется сравнительно неболь-
шой "транзитный" полипептид [Ziegler et al., 2000; Froehlich 
et al., 2001
]. Четвертые не имеют транзитного фрагмента и 
поэтому не могут проходить внутрь хлоропласта через 
внешнюю мембрану оболочки [Froehlich et al., 2001]. Место 
локализации первых двух - мембраны тилакоидов, треть-
их - внутренняя мембрана оболочки хлоропластов, четвер-
тых - цитоплазматическая поверхность внешней мембраны 
оболочки. Давно установлено, что индукция синтеза неко-
торых ферментов липоксигеназного метаболизма биотиче-
скими и абиотическими стрессорами в большей степени ха-
рактерна для хлоропластных изоформ (например, липокси-
геназ [Bell, Mullet, 1993; Maccarrone et al., 1994; Bell et al., 
1995; Heitz et al., 1997; Voros et al., 
1998]). Все это позволяет 
считать, что хлоропласты могут вносить существенный 
вклад в функционирование липоксигеназной сигнальной си-
стемы и в формирование адаптационного синдрома в фото-
синтезирующих клетках. Имеются основания полагать, что 
алленоксидциклазное и гидропероксидлиазное направления 
липоксигеназного метаболизма обеспечиваются в хлоро-
филлсодержащих клетках главным образом хлоропласта-
ми. До сих пор не решено, каким образом "включается" ли-
поксигеназный метаболизм хлоропластов, особенно в тех 
случаях, когда рецептор внешнего химического сигнала ло-
кализован в плазмалемме. Неясно, какова природа сигна-
лов, участвующих в быстрой передаче информационного 
импульса от плазмалеммы к хлоропластам. Относительно 
недавно обнаружено, что при действии патогенов, элисито-
ров и механического повреждения тканей листьев происхо-
дит быстрое освобождение фосфатидной кислоты вследст-
вие активации фосфолипазы Д (см. раздел Фосфотидатная 
сигнальная система) и только после этого - появление лизо-
фосфатидов благодаря активации фосфолипазы А
2
. Инте-
ресно, что ингибирование фосфолипазы Д приводило к тор-
можению индукции синтеза хлоропластной липоксигеназы 
(ЛОГ2), алленоксидсинтазы и интенсивности образования 
жасмоната [Wang, 2000]. Эти данные позволяют выстроить 
следующую вероятную сигнальную цепь: элиситор —> ре-
цептор плазмалеммы —> активация ассоциированной с плаз-
малеммой фосфолипазы Д —> фосфатидная кислота —> 
транспорт фосфатидата в хлоропласты —> активация хлоро-
пластных фосфолипазы А
2
и ацилгидролаз —> освобожде-
ние линоленовой и линолевой кислот —> липоксигеназный 
метаболизм. Передача информации по этому сигнальному 
пути должна осуществляться достаточно быстро, так как 
появление значительных количеств гексеналей регистриру-
ется через десятки секунд после механического воздействия 
на листья (запах свежескошенной травы).
Не исключено, что в сигнальную цепь между плазма-
леммой и хлоропластами входит повышение концентрации 
ионов кальция в цитозоле (кальциевая волна от плазмалем-
мы к хлоропластам), но этот механизм вызывает опреде-
ленные сомнения, если принять во внимание относитель-
ную автономность ионного режима хлоропластов. С другой 
стороны, наличие в оболочке хлоропластов кальциевых 
каналов и помп заставляет с вниманием отнестись к этой ги-
потезе. Поддерживают необходимость поисков в этом на-
правлении результаты специальных опытов по изучению 
возможности передачи воспринимаемого плазмалеммой 
сигнала в другие клеточные органеллы - митохондрии. 
Оказалось, что сигналиндуцированное преходящее повы-
шение содержания ионов кальция в цитозоле приводит к 
быстрому и также временному возрастанию их концентра-
ции в митохондриях [Rizzuto et al., 1992].
Нельзя исключить не опосредованного плазмалеммой 
включения липоксигеназного метаболизма в хлоропластах. 
Известно, что различные стрессоры вызывают нарушения 
В функционировании системы фотосинтетического элек-
тронного транспорта и это приводит к существенным нару-
шениям структуры тилакоидных мембран, проявляющимся 
В распаде белка Д1 фотосистемы II. Возможно, что конфор-
мационные изменения мемран тилакоидов при фотострессе 
и являются первичным сигналом, способным активировать 
гидролазы и, вследствие этого, освобождать полиеновые 
жирные кислоты из галактолипидов и фосфолипидов и

"включать" липоксигеназный каскад в хлоропластах. Эти 
вопросы составляют лишь часть проблемы участия хлоро-
пластов в функционировании липоксигеназнои сигнальной 
системы и общей сигнальной сети клеток растений.
В настоящее время имеется достаточно убедительная 
информация, чтобы считать липоксигеназный путь превра-
щения мембранных липидов самостоятельной сигнальной 
системой. Одним из признаков сигнальных систем является 
не только передача сигнала в генетический аппарат клеток, 
но и его значительное усиление (принцип фотоумножи-
теля). Взаимодействие одной исходной сигнальной молеку-
лы с рецептором может привести к появлению миллионов 
молекул, определяющих ответную реакцию клетки. Так же 
как в других сигнальных системах, в липоксигеназнои взаи-
модействие первичного сигнала с рецептором плазмалеммы 
активирует фермент (фосфолипазу А
2
), обеспечивающий 
передачу информации по сигнальной цепи. Накопление сво-
бодных линолеата или линолената (субстратов липоксигеназ), 
вызванное активацией фосфолипазы А, приводит к экс-
прессии генов липоксигеназ [Veronesi et al., 1996], активируя 
тем самым липоксигеназную сигнальную систему.
Одной из особенностей усиления сигналов в липоксиге-
назнои системе является использование нескольких видов 
автокаталитических процессов (циклов). В частности, это -
автокаталитическое усиление сигнала с участием ионов 
кальция и кальмодулина (рис. 21) [Leshem, 1987]. Образую-
щиеся в плазмалемме из линолената или линолеата гидро-
пероксиформы этих кислот могут выступать в роли ионо-
форов, переносящих ионы кальция снаружи внутрь клетки 
по градиенту концентрации (известно, что концентрация 
ионов кальция за пределами плазмалеммы на 2-3 порядка 
выше, чем в цитозоле). Повышение концентрации ионов 
кальция в цитозоле приводит к активации фосфолипаз А 
при участии кальмодулина и вследствие этого - к еще боль-
шему освобождению полиеновых жирных кислот из фос-
фолипидов. Второй механизм усиления липоксигеназного 
метаболизма - это опосредованная жасмонатом [Jensen et 
al., 
1997] или метилжасмонатом [Bell, Mullet, 1991; 1993; 
Melan et al., 1993; Geerts et al., 1994; Eiben, Slusarenko, 
1994; Avdiushko et al., 1995; Veronesi et al., 
1996] индукция 
экспрессии генов липоксигеназ (см. рис. 21), приводящая к
Рис. 21. Автокаталитические реакции в липоксигеназнои сиг-
нальной системе [Гречкин, Тарчевский, 1999]
ДСТ - десатураза; ЖК - жасмоновая кислота; КМ - кальмодулин; 
| КМ-Са] - комплекс кальмодулин-Са; ЛОГ - липоксигеназа; МеЖК -
метилжасмонат; ФДК - фитодиеновая кислота; ФЛА
2
- 
фосфолипаза А
2
повышению скорости оксигенирования линолеата и лино-
лената. Третий автокаталитический цикл - индукция ме-
тилжасмонатом экспрессии генов десатуразы, катализиру-
ющей превращение линолевой кислоты в линоленовую 
[ Nishiuchi et al., 
1997]. По всей вероятности, это самый про-
тяженный автокаталитический оксилипиновый цикл (см.

рис. 21). Недавно [Seo et al., 2001] был обнаружен еще один 
авто каталитический цикл, заключающийся в индукции ме-
тилжасмонатом экспрессии гена метилтрансферазы (S-аде-
нозил-метионин: жасмоновая кислота - карбоксил-метил-
трансферазы), катализирующей реакцию метилирования 
жасмоновой кислоты.
Можно предположить, что промежуточные и конечные 
продукты липоксигеназного метаболизма активируют проте-
инкиназы и, таким образом, осуществляют умножение сигна-
ла и его передачу на геном растительных клеток. К сожале-
нию, сведений об этом в литературе очень мало. Известно, 
что активировать мембраносвязанные протеинкиназы расте-
ний способны оба типа продуктов реакции, катализируемой 
фосфолипазами А
2
, - 
как лизофосфолипиды (особенно, лизо-
фосфатидилхолин и лизофосфатидная кислота), так и нена-
сыщенные жирные кислоты [Scherer, 1996 a, b; Klucis, Polya, 
1987; Lucantoni, Polya, 
1987]. При этом лизофосфатидилглице-
рол, лизофосфатидилсерин и лизофосфатидилэтаноламин не 
оказывают активирующего действия на протеинкиназы.
Несмотря на то что конкретные молекулярные меха-
низмы активации генов различными оксилипинами еще не-
достаточно изучены, можно утверждать, что они обладают 
способностью вызывать экспрессию генов, кодирующих 
белки, принимающие участие в повышении устойчивости 
растений к абиогенным стрессорам и в защитных реакциях 
против патогенов. Так, экзогенный жасмонат приводит к 
синтезу целого набора так называемых жасмонатиндуциру-
емых белков [Mueller-Uri et al., 1988; Herrmann et al., 1989; 
Sembdner, Parthier 
1993]. Среди них имеются ингибиторы 
протеиназ 1 и 2, ингибитор трипсина, тионин, напин, круци-
ферин, вегетативные запасные белки, фенилаланин-аммо-
ний-лиаза, халконсинтаза, липоксигеназа, полифенолокси-
даза и др. Имеются данные [Farmer, Ryan, 1992], что не толь-
ко жасмонат, но и его метаболические предшественники -
13(8)-
гидроперокси-9(г),(Е),15(Х)-октадекатриеновая кис-
лота и 12-оксо-10,15(г)-фитодиеновая кислота - иницииру-
ют образование стрессовых белков, в частности ингибито-
ров протеиназ. Высказывается мнение [Parchmann et al., 
1997], что 12-оксофитодиеновая кислота, проявляющая да-
же большую активность в индукции защитных белков, чем 
жасмонат, является главным индуктором экспрессии генов
при местной реакции клеток на стрессоры, а за счет жасмо-
ната и метилжасмоната обеспечивается передача сигнала в 
удаленные от места воздействия стрессора ткани и органы 
и формирование в них системного иммунитета. Это мнение 
подтверждается тем, что в отличие от жасмоната 12-оксо-
фитодиеновая кислота не секретируется из культуры расти-
тельных клеток в среду.
Обнаружено также, что летучие продукты липоксигеназ-
ного метаболизма могут индуцировать (в том числе в сосед-
них растениях) защитную реакцию. Так, т/?анс-2-гексеналь 
вызывал образование фенилаланин-аммоний-лиазы, катали-
шрующей образование предшественников растительных ан-
тибиотиков - фенилпропаноидных фитоалексинов. Показа-
но [Fukuda et al., 1997], что 4-гидрокси-2-ноненаль индуциро-
вал синтез глутатион-Б-трансферазы, участвующей в обез-
вреживании токсичных для растений веществ.
Одно из свойств сигнальных систем - возможность тор-
можения (прерывания) прохождения сигнала после того, 
как он был воспринят клеткой. Такая возможность была 
продемонстрирована и в отношении липоксигеназной сиг-
нальной системы. Установлено [Avdiushko et al., 1995], что 
метилжасмонат активирует 13-гидропероксидлиазу; это 
приводит не только к усилению продукции бактерицидных 
и фунгицидных гексеналей, но соответственно к уменьше-
нию доли метаболического потока, направляемого в сторо-
ну жасмоната и метилжасмоната (эффект автоингибирова-
н ия своего синтеза, проявляющийся, по-видимому, при дос-
тижении пороговых концентраций метилжасмоната). Ока-
залось, что дивиниловые эфиры - колнелевая и этеролевая 
кислоты - могут ингибировать активность липоксигеназ и 
таким образом затруднять функционирование липоксиге-
пазной сигнальной системы [Corey et al., 1987]. Колнелевая 
кислота является активным ингибитором 9-липоксигеназы, 
j-
геролевая кислота - 13-липоксигеназы [Гречкин, неопуб-
ликованные данные]. Предполагается, что ингибирующее 
действие на липоксигеназную активность может также ока-
зывать эпоксидный продукт превращения 9-гидроперокси-
линолената [Sok, Kim, 1989].
Итак, результаты изучения сигнальных функций липок-
сигеназного метаболизма позволяют считать, что ему при-
сущи основные свойства, характерные и для других сиг-

нальных систем, - рецепция, преобразование и умножение 
сигнала, приводящие (при участии протеинкиназ) к экспрес-
сии определенных генов и соответствующему ответу расти-
тельной клетки.
В связи с тем что участие протеинкиназ является важ-
нейшим звеном сигнальных систем клеток растений, осо-
бую значимость приобретают данные о влиянии интермеди-
атов липоксигеназного метаболизма на фосфорилирование 
белков растений [Каримова и др., 19996]. Показано, что эк-
зогенная 12-гидроксидодеценовая кислота (ГДК) в неболь-
ших концентрациях является очень активным стимулято-
ром роста, более активным, чем травматин и жасмоновая 
кислота [Гречкин, 1992]. Поскольку нельзя было исклю-
чить возможность участия ГДК в функционировании сиг-
нальных систем, мы поставили перед собой задачу исследо-
вать ее влияние на фосфорилирование белков, имея в виду, 
что протеинкиназные реакции являются важнейшим зве-
ном всех известных сигнальных систем клеток.
ГДК в широком диапазоне концентраций (с максимумом 
при 10"
7
М) вызывала значительное повышение содержа-
ния радиоактивного фосфата во фракции растворимых бел-
ков. Поскольку при гомогенизации листьев и в реакцион-
ной смеси использовались неспецифические ингибиторы 
фосфатаз, эффект отщепления фосфата от белков в про-
цессе обработки материала был минимальным. ГДК оказы-
вала больший стимулирующий эффект на фосфорилирова-
ние белков, чем такой известный эффектор протеинкиназ-
ной активности, как цАМФ. Метилжасмонат также вызы-
вал большее фосфорилирование белков, чем цАМФ, но 
меньшее, чем ГДК.
Результаты экспериментов по разделению фосфорили-
рованных белков и определению их радиоактивности пока-
зали, что обработка ГДК приводила к значительному повы-
шению уровня фосфорилированности трех полипептидов 
низкой молекулярной массы (10-24 кДа) и высокомолеку-
лярного полипептида 70 кДа (рис. 22). Из данных рисунка 
следует, что уровень радиоактивности отдельных полипеп-
тидов (в области 40 кДа) был ниже в варианте с обработкой 
растений ГДК.
Фосфорилирование белков участвует в регуляции мно-
жества процессов [Protein Phosphorylation in Plants, 1996].
Молекулярная масса белков, кДа 
Рис. 22. Влияние 12-гидроксидодеценовой кислоты (ГДК) на фос-
форилирование белков [Каримова и др., 19996] гомогената 
трехдневных растений гороха
1 - 
контроль; 2 - ГДК (0,1 мкМ). Рентгенограммы сканировали на 
денситографе ИФО-450. Стрелками указаны молекулярные массы бел-
ков, радиоактивность которых подвергалась наибольшим изменениям 
Получены данные о существовании в растениях различных 
типов протеинкиназ и об участии фосфорилирования бел-
ков в экспрессии защитных генов после взаимодействия 
различных патогенов, элиситоров и стрессовых гормонов с 
клетками растений [Grab et al., 1985; Dietrich et al., 1990; 
Farmer et al., 1991; Bolwell et al., 
1996]. О важной роли фос-
форилирования белков в формировании устойчивости рас-
тений к патогенам свидетельствуют данные о том, что не-
которые клонированные гены, кодирующие защитные бел-
ки растений, повышающие их устойчивость к инфицирова-

нию патогенами, имели большое сходство с генами, кодиру-
ющими протеинкиназу [Martin et al., 1993]. Если роль в це-
лом липоксигеназной системы в формировании защитного 
ответа растений достаточно известна, то данные о значи-
тельном усилении фосфорилирования белков под влиянием 
промежуточного продукта липоксигеназного метаболизма 
(самой быстрой его ветви) получены [Каримова и др., 
19996] впервые.
Тот факт, что под влиянием ГДК уровень фосфорилиро-
ванности различных полипептидов изменился в разной сте-
пени (см. рис. 22), свидетельствует в пользу того, что она 
может неодинаково влиять на активность ферментов (про-
теинкиназ и протеинфосфатаз), определяющих баланс ско-
ростей фосфорилирования и дефосфорилирования отдель-
ных полипептидов.
Повышение уровня общего фосфорилирования белков 
под влиянием цАМФ не вызывает удивления, так как из-
вестно существование цАМФ-активируемых протеинки-
наз. Большее фосфорилирование белков под влиянием ме-
тилжасмоната тоже объяснимо, так как известно, что жас-
монат и метилжасмонат могут включать (пусть не полно-
стью) ответную реакцию растений, характерную для меха-
нического повреждения тканей или инфицирования пато-
генами. Известно, что в этих случаях активируются сиг-
нальные системы клеток, в том числе не только циклоаде-
нилатная. Наибольшее фосфорилирование белков под вли-
янием ГДК свидетельствует или о существовании активи-
руемых непосредственно ГДК протеинкиназ, или о вклю-
чении с помощью экзогенной ГДК совокупности сигналь-
ных систем клеток, причем не только циклоаденилатной 
(поскольку цАМФ вызывал меньший эффект), но и каль-
циевой, и НАДФ-оксидазной [Chandra, Low, 1995], и, воз-
можно, "собственной" липоксигеназной системы. Факты 
такого влияния продуктов фосфолипазных и липоксиге-
назных реакций обнаружены у животных [Гамалей, Клю-
бин, 1996] и растительных [Гречкин, Тарчевский, 1999] 
клеток.
Выявлено [Гречкин и др., 1987], что ГДК является пре-
обладающим продуктом метаболизации гидроперекисей 
линолевой и линоленовой кислот у бобовых. Высокая рост-
стимулирующая активность 12-ГДК обнаружена в опытах
Рис. 23. Схема радиоавто-
графов электрофореграмм 
белков, характеризующая 
влияние 
инфицирования 
микоплазмами и обработки 
жасмоновой кислотой на 
синтез полипептидов [Тар-
чевский и др., 19966]

жүктеу/скачать 3,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: