 |
Глюкозинолаты в культурных растениях
|
|
|
|
ЛОС № 4. Серосодержащие вторичные метаболиты
Глюкозинолаты
1. Глюкозинолаты – водорастворимые вторичные метаболиты Каперсоцветных Capparales, также обнаружены в представителях Caricaceae, Euphorbiaceae, Streculariaceae
• При разрушении тканей растения нарушается компартментация и гликозинолаты начинают взаимодействовать с гидролитическими ферментами, что приводит к высвобождению летучих соединений, которые отпугивают травоядных
• Гидролитические ферменты расщепляющие глюкозинолаты называются мирозиназами
Структура
Все глюкозинолаты являются производными аминокислот, причем центральный атом глюкозинолатов соответствует α-углеродному атому АМК 
Биосинтез глюкозинолатов происходит из аминокислот:
• Валин
• Лейцин
• Изолейцин
• Фенилаланин
• Тирозин
• Аланин
• Триптофан
Биосинтез
Биосинтез глюкозинолатов можно разделить на 3 этапа:
- Удлинение (элонгация) цепи радикала АМК
- Превращение модифицированной АМК в глюкозинолат
- Вторичная модификация глюкозинолата
3’-фосфоаденозин-5’-фосфосульфат (PAPS)
PAPS – важный коэнзим, участвующий в переносе сульфатной группы
q В растениях PAPS используется в качестве донора сульфатной группы, являющийся коэнзимом сульфотрансфераз
q APS – аденозин 5’-фосфосульфат – связанный активный сульфат, использующийся в качестве акцептора электронов
Вторичная модификация
Ø Осуществляется видоспецифичными ферментами
Ø Широкое распространение культур обусловили именно глюкозинолаты
Индукция биосинтеза глюкозинолатов
Ø Повышенное содержание серы и азота в питательной среде способствуют накоплению глюкозинолатов в семенах рапса
Ø К индукции глюкозинолатов приводит абиотический и биотический стресс
|
|
|
Ø Салициловая кислота и метилжасмонат
Ø Сверхэкспрессия генов биосинтеза глюкозинолатов
Накопление глюкозинолатов
Ø Дикие виды крестоцветных, как правило, содержать больше глюкозинолатов, чем окультуренные виды
Ø В молодых растениях (тканях) содержание глюкозинолатов больше
Ø В листьях обычно содержание около 0,1 %, в то время как в семенах концентрация может достигать 10%
Ø В семенах рапса содержание глюкозинолатов может достигать 10 %, что ограничивает использование в качестве кормового источника
Гойтрины
Ø Серосодержащие вещества, нарушающие метаболизм йода и вызывают образование зоба
Ø Крембе и рапс – масляничные культуры, содержащие эруковую кислоту и глюкозинолаты
Ø В результате разрушения глюкозинолатов образуются гойтрины, что ограничивает использование растительных остатков (жмыха)
Формирование «горчичного масла»
Мирозиназы – специфические β-гликозидазы, способные разлагать глюкозинолаты с образованием нестабильных веществ - тиогидроксиматы, спонтанно превращающиеся в изотиоционаты.
q Активация мирозиназы происходит с помощью аскорбата
q Основное содержание аскорбата приходится на матрикс вакуолей, митохондрий и хлоропластов
В зависимости от присутствия тех или иных факторов (белки) формируются различные летучие соединения:
1. Изотиоционаты – спонтанно
2. Нитрилы – в присутствии ESP – эпитиоспецифический белок (низкий pH или Fe2+)
3. Эпитионитрилы – в присутствии ESP
4. Тиоционаты – в присутствии TFP – тиоцианат формирующий белок
5. Могут спонтанно циклизоваться
Транспорт глюкозинолатов по растению
Гидрокси- и дигидроксибензил-глюкозинолаты не расщепляются мирозиназами и, возможно служат транспортными формами
2001 год – исследования с использованием меченного тирозина подтвердили, что именно гликозинолаты перемещаются по апопласту
|
|
|
Компартментация
q Глюкозинолаты локализованы в вакуолях
q В Arabidopsis thaliana основным местом накопления глюкозинолатов являются удлиненные S-клетки.
q Мирозиназа также локализованна в вакуолях специализированных клетках в виде мирозиновых гранул
q Мирозиновые клетки (идиобласты) рассеяны по всем тканям глюкозинолат содержащих растений, также обнаружена мирозиназа во флоэме и ксилеме (эти ферменты ассоциированы с клеточными стенками)
Экологическое значение
Глюкозинолаты и продукты их распада – репелленты и токсины, играющую главную роль в защите глюкозинолат содержащих растений против фитофагов
Ø Легко проходя через биомембраны вызывают раздражение на коже и слизистых оболочках
Ø В больших концентрациях вызывают респираторные, желудочно-кишечные заболевания и почечную недостаточность
Ø Главными репеллентными свойствами обладают продукты распада глюкозинолатов
Синигрин – глюкозинолат, широко распространенный в растениях рода Brassica
q Является токсичным для бабочки Papilio polyxenes (в концентрации 0,1%)
Взаимодействие бабочки Pieris brassicae и Brassica sp.
Ø Глюкозинолаты капусты являются детеррентами для большинства фитофагов, в случае с бабочкой Pieris brassica, произошла коэволюция и серосодержащие метаболиты стали аттрактантами
Ø Гусеницы Pieris brassicae употребляют только растительные ткани, содержащие глюкозинолаты
Ø Глюкозинолаты определяют выбор самок Pieris brassica места для яйцекладки
Глюкозинолаты и патогены
Ø После внедрения патогена начинается индукция образования глюкозинолатов
Ø B. napus устойчив ко многим болезням, это связано с защитной ролью продуктов деградации глюкозиналотов (изотиоционатов)
Ø Наблюдается положительный хемотаксис Plasmodiophora brassicae (возбудитель килы капусты) в сторону повышения концентрации глюкозинолатов, в этом случае последние являются аттрактантами
Глюкозинолаты и аллелопатия
Ø Многими авторами сообщается, что глюкозинолаты имеют значительный аллелопатический потенциал
Ø Были предприняты успешные попытки создать природные гербециды, на основе глюкозинолаты
Ø Показана высокая активность против таких сорняков хлопка как Amaranthus palmeri и Digitaria sanguinalis
|
|
|
Ø Аллелопатические взаимоотношения видоспецифичны
Глюкозинолаты в культурных растениях
Sinapis alba белая горчица
Ø Используется для получения масла
Ø Растение ядовито во время цветения
Ø Вкус более мягкий
Ø Содержание синальбина в семенах до 2,5 %
Brassica nigra Горчица черная
Ø Используется для приготовления столовой горчицы
Ø Листья употребляются в пищу как приправа
Ø Мажорный глюкозинолат – синигрин, обуславливающий специфический вкус
Васаби
Ø В природе Eutrema japonicum растет вдоль горных рек в Японии
Ø Корневище настоящего васаби (хонвасаби) стоит свыше 200?/кг
Ø За пределами Японии используют, как правило, суррогаты, в которые входят тертый хрен, специи и красители
Ø Помимо синигрина, содержит метилтиогептил глюкозинолат
|
|
|
