Состояние системы перекисного гомеостаза хлоропластов гороха в условиях слабого воздействия физических факторов различной природы

Половинкина, Елена Олеговна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Состояние системы перекисного гомеостаза хлоропластов гороха в условиях слабого воздействия физических факторов различной природы
ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Автореферат диссертации по теме "Состояние системы перекисного гомеостаза хлоропластов гороха в условиях слабого воздействия физических факторов различной природы"

На правах рукописи

Половнпкина Елена Олеговна

СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕКИСНОГО ГОМЕОСТАЗА ХЛОРОПЛАСТОВ ГОРОХА В УСЛОВИЯХ СЛАБОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ РАЗЛИЧНОЙ ПРИРОДЫ

03.00.12 — физиология и биохимия растений

А еторефврат диссертации иа соискание ученой степени кандидата биологических наук

□0305Э070

Нижний Новгород 2007

003059070

Работа выполнена на кафедре биохимии и физиологии растений Нижегородского государственного университета им Н И Лобачевского

Научные руководители доктор биологических наук,

профессор А П Веселое кандидат биологических наук, доцент[ЛН Курганова]

Официальные оппоненты доктор биологических наук,

Ф В Минибаева кандидат биологических наук, доцент К Д Дятлова

Ведущая организация Казанский государственный университет

им В И Ульянова-Ленина

Защита состоится «23 » мая 2007 г в часов на заседании диссертационного совета К 212 166 06 Нижегородского государственного университета им НИ Лобачевского (603950, Нижний Новгород, пр Гагарина, 23)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им Н И Лобачевского

Автореферат разослан « » апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

И Ф Александрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

До настоящего времени вопрос о существовании специфических мишеней малых доз ионизирующей радиации и низкоинтенсивиых магнитных полей остается спорным Многочисленные исследования последних десятилетий показали, что независимо от природы воздействия, ответ растения на него развивается по некоторой общей схеме, что позволяет говорить о существовании неспецифической стрессовой реакции на воздействия извне (Удовепко, 1977, Пахомова, 1995, Шакирова, 2001) Таким универсальным звеном в реакции растительного организма на действие самых разнообразных факторов может быть некоторое стереотипное изменение внутренней среды клетки, на роль которого многие исследователи выдвигают окислительный стресс (Барабой, 1991, Курганова и др, 1999) Однако до настоящего времени ведутся споры о степени универсальности окислительного стресса, как ответной реакции на любое воздействие извне и наличии специфических механизмов для его реализации, зависящих от природы действующего фактора

В многочисленных работах показано усиление генерации активных форм кислорода (АФК) в ответ на разнообразные внешние стимулы, но их роль в развитии стресс-реакции до конца не выяснена и является широко обсуждаемым вопросом (Минибаева и др , 1997, Dat et al, 1998, Калашников и др, 1999, Chen, Li, 2001) С одной стороны повышение продукции активированного кислорода приводит к интенсификации окислительной модификации биомолекул и, как следствие, к изменению перекисного гомеостаза клетки (Владимиров, Арчаков, 1972, Бурлакова, Храпова, 1985, Мерзляк, 1989) В то же время получены сведения о сигнальной роли АФК в регуляции многих физиологических процессов (Кулинский, 1998, Тарчевский, 2002) В растительной клетке генерация значительной части активных форм кислорода происходит в результате функционирования фотосинтетической электрон-транспортиой цепи, в связи с чем в современной физиологии растений многими исследователями выдвигается гипотеза о сенсорной функции хлоропластов (Allen, 1993, Foyer et al, 1994, Teicher et al, 2000)

Большое внимание в последнее время уделяется механизмам ответа живых систем па слабые внешние воздействия (Веселова, Веселовский, Черпавский, 1993, Бурлакова и др, 1999, Эйдус, 2001) Предполагается, что действие факторов, по силе не выходящих за зону толерантности организмов, формируется не вследствие прямого повреждающего эффекта стрессора, а в результате разбалансирования процессов повреждения и восстановления клеточных структур В связи с этим исследование слабых воздействий может способствовать выявлению механизмов тонкой регулировки внутренних процессов, происходящих при внешних возмущениях

способствовать раскрытию общебиологических механизмов рецепции данных физических факторов, стать основой для разработок в области повышения адаптивных возможностей растений к этим воздействиям в условиях возрастающего техногенного загрязнения окружающей среды

Цель и задачи исследования

Цель работы состояла в определении динамики изменения перекисного гомеостаза хлоропластов гороха при воздействии малых доз ионизирующей радиации и низкочастотного переменного магнитного поля, выяснении возможной роли этих изменений в ответе хлоропластов гороха на воздействие данных физических факторов

Для достижения цели были поставлены следующие задачи

1 Определить содержание супероксидного анион-радикала, продуктов перекисного окисления липидов, основных низкомолекулярпых антиоксидантов и активность ферментов антиоксидантной защиты в хлоропластах, выделенных из растений гороха, подвергнутых воздействию ионизирующей радиации в малых дозах и низкоинтенсивного переменного магнитного поля

2 Провести сопоставление эффектов на уровне прооксидантно-антиоксидантной системы хлоропластов при воздействии разных доз ионизирующей радиации и разных временных экспозиций низкоинтенсивного переменного магнитного поля

3 Оценить специфичность изменений перекисного гомеостаза хлоропластов растений гороха в результате исследуемых воздействий

4 Определить возможность участия супероксидного анион-радикала в ответе прооксидантно-антиоксидантной системы хлоропластов на слабое воздействие физических факторов

Научная новизна

Получены новые данные, свидетельствующие об усилении продукции супероксидного анион-радикала хлоропластами в течение длительной экспозиции после облучения растений ионизирующей радиацией в малых дозах и в результате воздействия низкочастотным магнитным полем, показана возможноегь участия супероксидного анион-радикала в развитии защитных реакций к воздействию данных физических факторов

Исследовано последействие ионизирующей радиации и показан парадоксальный ответ системы перекисного гомеостатирования хлоропластов на облучение в малых дозах Получены два типа эффектов малых доз радиации на интервале до 1 Гр Показано, что доза 0,1 Гр вызывает гиперчувствительность к последующей гипертермии облученных растений, доза 1 Гр обусловливает адаптивный ответ растений на последующее воздействие повышенной температуры

Впервые продемонстрировано развитие окислительного стресса, как неспецифической реакции на воздействие магнитного поля напряженностью 3,5 мТл и частотой 100 Гц на растения

Теоретическая и практическая значимость

Полученные в представленной работе эффекты малых доз радиации и переменного магнитного поля в растительном организме могут иметь большое значение для раскрытия общебиологических механизмов рецепции слабых физических факторов

Проведенные исследования демонстрируют участие генерируемого хлоропластами супероксидного анион-радикала в формировании ответа системы поддержания перекисного гомеостаза растений на воздействие ионизирующей радиации в малых дозах и низкоинтенсивного переменного магнитного поля Эти данные открывают перспективы для разработки новых способов повышения адаптивных возможностей растений к стрессирующим воздействиям, а также могут быть полезны для рассмотрения использования растительного организма в биоиндикации и экологическом мониторинге техногенного загрязнения окружающей среды

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены на конференции «Экологическая и промышленная безопасность» (Саров, 2003), 8-й, 9-й, 10-й и 11-й Нижегородских сессиях молодых ученых (Н Новгород, 2004, 2005, 2006, 2007), XVII международной конференции «Актуальные проблемы естествознания» (Н Новгород, 2004), 8-й, 9-й и 10-й международных Путинских школах-конференциях молодых ученых «Биология - наука 21го века» (Пущино, 2004, 2005, 2006), на II Всероссийской молодежной научной конференции по фундаментальным проблемам радиохимии и атомной энергетике (Н Новгород, 2004), The IX European Young Investigator Symposium "SymBioSE-2005" (Helsinki, 2005), The I(IX) International Conférence of Young Botanists in Saint-Petersburg (Saint-Petersburg, 2006), The 2"d international symposium "Signahng systems of plant cells rôle in adaptation and îmmunity" (Kazan, 2006), The 35lh Annual Meeting of the European Radiation Research Society and the 4th Annual Meeting of the Ukrainian Society for Radiation Biology "European Radiation Research - 2006" (Kyiv, 2006), на Годичном собрании общества физиологов растений (Ростов-на-Дону, 2006), Международной конференции по фундаментальным наукам среди студентов и аспирантов «Ломоносов-2007» (Москва, 2007), II Международной конференции «Человек и электромагнитные поля» (Саров, 2007)

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано и направлено в печать 16

работ

Структура и объем диссертации.

Диссертация в объеме/05листов состоит из введения, обзора литературы, описания методов и объекта исследования, 3 разделов, где представлены результаты исследований и их обсуждение, заключения, выводов и списка литературы из 22$ источников Диссертация иллюстрирована рисунками

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объект исследований и постановка опытов. Исследования проводились на суспензии хлоропластов, изолированных по методу D L Arnon et al (1956) из 14-дневных растений гороха (Pisum sativum L) сорта Альбумен, выращенных на фильтровальной бумаге, смачиваемой водопроводной водой, в условиях климатической камеры при 22-23°С Хлоропласта выделялись из листьев 2-3 ярусов, считая сверху

Облучение растений проводили на терапевтической установке ^Со «Агат-С» в дозах 0,1 и 1 Гр с мощностью дозы 0,8 Гр/мин Выделение и анализ состояния хлоропластов проводили через 30 и 60 мин после облучения Для создания теплового шока растения помещались в термостат при 42°С на 30 мин Обработка магнитным полем проводилась с помощью магнитотерапевтической установки УМТИ-ЗФ «Колибри», создающей импульсное затухающее магнитное поле с индукцией 3,5 мТл и частотой 100 Гц Выделение хлоропластов и анализ проводился сразу после экспозиции 15, 30, 60 и 120 мин в поле Контролем служила суспензия хлоропластов из растений, не подвергнутых перечисленным воздействиям

Анализ продукции супероксида и накопления продуктов липопероксидацин. Измерение содержания супероксидного анион-радикала осуществляли методом ЭПР с использованием спиновой ловушки тирон (4,5-дигидрокси-1,3-фенил-дисульфонат Na) Семихинон, образующийся при взаимодействии тирона с супероксидом, имеет специфический ЭПР спектр Суспензия хлоропластов инкубировалась с 50 мМ тироном 2-3 мин, далее рН раствора доводился до 9,0 Спектры семихинона тирона регистрировались на ЭПР спектрометре РЕ 1306 (Россия) (Минибаева, 2005) Развитие перекисного окисления липидов оценивалось по уровню первичных (диеновые конъюгаты) и вторичных (малоновый диальдегид) продуктов спектрофотометрически с учетом молярных коэффициентов экстинкции (Стальная, Гаришвили, 1977, Камышников, 2000) Общее количество липидов определяли спектрофотометрически по реакции с фосфорно-ванилиновым реактивом (Камышников, 2000)

Анализ активности антиокендантных ферментов и уровня низкомолскулярных антноксидантов. Активность супероксидцисмутазы определяли по реакции с нитросиним тетразолием (Дубинина и др, 1983), аскорбатпероксидазы - по уменьшению содержания аскорбата в пробе (Nakano, Asada, 1981), глутатионредуктазы - по убыли НАДФН (Iavata, Tanaka, 1977) Содержание белка оценивали по методу Лоури (Lowry et al, 1951)

Содержание восстановленной формы аскорбиновой кислоты определяли по реакции с феррицианидом калия, восстановленной формы глутатиона - по реакции Эллмана с дитионитробензоатом натрия (Практикум по биохимии, 1989) Суммарное содержание аскорбата и глутатиона определяли после восстановления их окисленных форм цинковой пылью

Статистическая обработка полученных результатов. Обработка пол ученных результатов производилась методами параметрической статистики

(Гланц, 1998, Гавриленко, 2003). На рисунках представлены средние арифметические 3-6 независимых опытов, каждый из которых ироводился в трехкратной биологической повторное™, и их стандартные ошибки. Значимость различий оценивалась по критерию Стыодента с поправкой Бонферрони для множественных сравнений с контролем и критерию Даннета.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Последействие малых доз ионизирующей радиации в хлороплаегах облученных растений гороха. В качестве одного из слабых воздействий на растительный организм в экспериментах использовалось облучение ионизирующей радиацией в дозах 0,1 и 1 Гр, являющихся для растения малыми (Кузин, 1986; Гродзинский, 1991). Если ионизирующая радиация в летальных и сублетальных дозах вызывает окислительную деградацию мембранных структур клетки (Спитковский, 1999; Кудряш о в, 2004), то для малых доз, не имеющих прямого повреждающего действия, описан целый ряд эффектов последействия: от гиперчувствительности (Бурлакова и др., 1999; Mothersill et al„ 1999; Zaka et al„ 2001) до гормезиса (Kondo, 1988; Рагаб Мусса, 2006). Однако механизмы этих эффектов в настоящее время остаются не изученными до конца, за исключением того, что скорее всего они реализуются через клеточные мембраны (Кузин, 1986; Эйдус, 2001),

В проводившихся экспериментах по истечении 30 мин после облучения содержание супероксидного анион-радикала было выше контрольного уровня: в 1,5 раза при дозе 0,1 Гр и в 2,3 раза при дозе 1 Гр, что сохранялось до 60 мин экспозиции (рие. 1). Супероксидный анион-радикал является одним из возможных продуктов радиолиза воды, однако постановка эксперимента исключает вероятность сохранения этого радикала после воздействия радиации до момента проведения анализов. Таким образом, облучение изменяло работу системы генерации и утилизации супероксида.

Результатом увеличения продукции АФК, как правило, является смещение прооксидантно-антиоксидантного равновесия в сгорону интенсификации окислительных процессов, об активности протекания которых можно судить по накоплению продуктов ПОЛ. В некоторых работах ПОЛ рассматривается как маркер неспецифического ответа организма на воздействие извне (Курганова и др., 1997; Becana, Morgan, Iturbe-Ormaexte, 1998; Барабон, 2003). Кроме того, продукты липопероксидации могут выполнять сигнальную роль, изменяя активность ферментов (Тарчсвский,2003).

Ионизирующая радиация в наших

•л

О 0,1 1

Доза, Гр

| - через 30 мин - через 60 мин

Рис. 1. Содержание супероксида в хлоропластах гороха после облучения

экспериментах приводила к накоплению продуктов ПОЛ в фотосинтетических мембранах, причем эти изменения имели парадоксальный характер: меньшая доза имела более длительное последействие (рис.2). Повышение уровня ДК через час после облучения в дозе 0,1 Гр свидетельствует о развитии второй волны активации ПОЛ, итогом которой стало развитие деструктивных процессов па мембранах вследствие накопления МДА. Доза I Гр также активировала ПОЛ: уровень ДК был выше на 24% спустя 30 мнн после облучения и оставался на том же уровне в течение часа, однако накопления токсичных конечных продуктов липопероксидации не происходило.

м RC

| - через 30 мин 5 - через 60 мин

Рис. 2. Влияние облучения на содержание продуктов липопероксидации: ДК (а) и МДА (б) в хлоропластах гороха

- 'i'

Другим маркером окислительного стресса является антноксидантная система, активация работы которой даже при стационарном уровне окислительных процессов говорит о развитии стресс-реакции (Калашников и др., 1999).

В хлоропластах, выделенных через 30 мин после облучения в дозе 0,1 Гр, фермент первой линии защиты -СОД активировалась более чем в 2 раза но сравнению с контролем (рис.3). К 60 мин экспозиции активность возрастала до 325% от контроля. Облучение в дозе 1 Гр вызывало не столь сильную активацию этого фермента: в 1,75 раза через 30 мин после воздействия, и в 2 раза по сравнению с контролем через 60 мин.

В результате работы СОД образуется более стабильный молекулярный продукт - нсроксид

Доза, Гр

Щ- через 30 мин ■ через 60 мин

Рис. 3. Активность СОД в хлоропластах гороха после облучения

водорода, который ввиду отсутствия в хлоропластах основного фермента его детоксикации — каталазы, элиминируется в глутатион-аскорбатном цикле. О работе этого цикла можно судить по активности его ключевых ферментов -аскорбатпероксидазы (АП) и глутэтионредуктазы (ГР) {Asada, 1992; Vansuyt et al„ 1997). Обе дозы вызывали достоверную инактивацию АП спустя 30 мин после облучения (рис.4а), Вероятно, это связано с окислением пула восстановленного аскорбата, который используется аскорб ат п ероксидазой непосредственно в реакции восстановления пероксида водорода (рис,46). Содержание аскорбата снижалось до 30% от контроля при дозе 0,1 Гр и до 10%- при дозе 1 Гр. Однако еще через 30 мин активность АП превышала контроль в 3 раза при дозе 0,1 Гр и в 2- при дозе 1 Гр.

s 20

. и С 3 < ш t.

h s

a È — es

k ft

Дсм> Гр I - 4cpc:i 30 мин - через 60 мин

I - аскорбат вое ст. i ) - аскорбат окнел.

Рис. 4. Активность аскорбатпероксидазы (а) и соотношение окисленной и восстановленной форм аскорбиновой кислоты (б)

Скорость работы всего цикла определяет глутатионредуктаза, катализирующая восстановление окисленного димера глутатиона GSSG до GSH, который идет на восполнение пула восстановленного аскорбата и работу фермента детоксикации продуктов окисления - глутатиоптрапсферазы.

Через 30 мин после облучения в дозе 0,1 Гр активность ГР снижалась на 20%, на этом фоне происходило снижение содержания восстановленного глутатиона (рис. 5а). Но еще через 30 мин активность ГР возрастала в 2 раза по сравнению с контролем. Облучение в дозе 1 Гр, напротив, вызывало рост активности ГР (на 35 %) уже к 30 мин, который продолжался последующие 30 мин до 250% от контроля.

Обе дозы облучения индуцировали синтез глутатиона de novo (рис. 56). Вновь синтезированный глутатион, по-видимому, быстро расходовался fia

детоксикацию продуктов свободиорадикального окисления и переходил в окисленную форму. Однако большая активация синтеза глуталиона и работа ГР в случае облучения в дозе 1 Гр Щуславливала поддержание концентрации С8Н на кон трольном уровне.

Для своей работы ГР требует НАДФН в качестве кофактора. Ранее (Уезй1оу е1 а)., 2006) было показано изменение фотохимической активности хлоропластов в результате облучения в дозе 0,1 Гр и переключение ФЭТЦ на циклический поток электронов, что может обусловить дефицит восстановленного НАДФН и как следствие - ингибирование работы ГР, снижение уровня ОБН и падение активности АН. Снижение концентрации НАДФН может происходить также в результате непосредственной детоксикации образующихся АФК. Подобные аффекты описаны для многих стрессовых состояний пластид (1ШгЬе-Оппае\1е, 1998, 5Ыкапа1, 1998).

Дот, I 'р | - через 30 мин | - черта 60 мин

Доза, Гр

1 -СЯЙС

Рис. 5. Активность глутатиоиредуктазы (а) и соотношение окисленной и восстановленной форм глутатиона (б)

Таким образом, облучение растений в обеих дозах инициировало пролонгированный ответ растительной клетки, реализующийся, в том числе, в развитии Окислительного стресса в хлороиластах уже после снятия воздействия источника АФК.

Существует двоякое представление о роли супероксидного анион-радикала в развитии стрессовой реакции: является ли он побочным продуктом функционирования окислительных систем, своеобразным «метаболическим шумом» или имеет позитивную функцию.

13 работах Когепко е1 а!. (1997) показано, что повышенная концентрация супероксидно ['о анион-радикала в среде может ингибировать активность АН, В то же время пероксид водорода способен активировать СОД, однако этот эффект имеет колоколообразную зависимость, и избыток Н;03 может

обусловливать неспецифическую пероксидазную активность СОД, что не только тормозит дисмутацию супероксида, но способствует еще большей его наработке (ЬюсЬеу, РпскмсИ, 1999)

Подобный сценарии ответа прооксидантно-антиоксидантной системы был получен в наших экспериментах в результате облучения в дозе 1 Гр Доза 1 Гр не вызывала накопления токсичных продуктов липопероксидации в течение всей экспозиции Однако уровень первичных продуктов ПОЛ - ДК всегда поддерживался на стационарном уровне - несколько выше контрольного Изменение структурных характеристик мембраны вследствие диеновой

конъюгации способствовало усиленной генерации 0'2 по сравнению с контролем и образцами, облученными в дозе 0,1 Гр Однако дальнейшее развитие ПОЛ контролировалось системой низкомолекулярных антиоксидантов и ферментом первой линии защиты - СОД, активность которой тем не менее поддерживалась на некотором граничном уровне за счет образования пероксида и ингибирования цикла его утилизации

Таким образом, в течение длительного периода последействия радиации в дозе 1 Гр происходила генерация супероксида самими мембранами хлоропластов Этот механизм, по-видимому, мог иметь адаптивный эффект

Иной эффект имела доза 0,1 Гр В результате облучения происходил быстрый ответ антиоксидантов первой линии защиты существенно возрастала активность СОД, быстро окислялись низкомолекулярные антиоксиданты Быстрая реакция защитных механизмов приводила к восстановлению нормального уровня продуктов ПОЛ, и через 30 мин после облучения содержание ДК и МДА было даже ниже контроля Однако дальнейшая активация АО спустя 1 ч после радиационного воздействия не предотвращала развития деструктивных процессов на мембранах, приводя к накоплению МДА

Подобные парадоксальные кривые, когда меньшая доза вызывала более значительные последствия для клетки, были получены в результате облучения в малых дозах для самых разнообразных показателей физиологической активности (Кузин, 1980, Бурлакова, 1994, Жижина, 1999, Эйдус, 2001)

2. Модулирующее действие предварительного облучения ионизирующей радиацией на перекисный гомеостаз хлоропластов гороха при гипертермии. Исследование закономерностей проявления биологических эффектов при комбинированных воздействиях может прояснить механизмы усиления или ослабления радиационных эффектов В связи с этим в экспериментах применялась последующая гипертермия к облученным растениям

Ранее было установлено, что к 30 мин теплового шока (42° С) все процессы, характерные для стадии тревоги стресс-реакции, ярко выражены (Курганова и др, 1999, Веселов, 2001) Используя эти предварительные результаты, была поставлена серия опытов по исследованию воздействия гипертермии (42° С в течение 30 мин) на хлоропласта предварительно облученных в дозах 0,1 и 1 Гр растений гороха

■А

О В,

в >1

В данной работе 30-минутная гипертермия необлученных растений вызывала усиленную генерацию супероксидного анион-ради кала (рис.6). Подобный эффект отмечался многими исследователями и объяснялся как результат утечки электронов на молекулярный кислород ввиду разобщения работы фотосистем (Курганова, Синицьша, Веселов, 2001), тепловой инактивации

антиоксидантных белков и ускорения свобод норадикальных процессов на мембранах (Alscher, Donahue, Cramer, 1997). Предварительное облучение в обеих дозах Рис. 6. Содержание супероксида корректировало интенсивность продукции

супероксида на мембранах хлоропластов: его содержание было па 20-30% ниже по сравнению с необлученным контролем, подвергнутым гипертермии. Гипертермия приводила к возрастанию интенсивности ПОЛ, которое выражалось в накоплении промежуточных и конечных продуктов липопероксидации: ДК - в 3 раза и МДА - в 2 раза относительно контроля (рис.7)

Последействие дозы облучения 0,1Гр не сказывалось существенно па образовании ДК, однако приводило к возрастанию уровня МДА. Доза 1 Гр заметно корректировала протекание липопероксидации: содержание ДК падало в 2,5 раза по сравнению с хлоронластами необлученных растений, подвергнутых гипертермии. Аналогично, концентрация МДА почти в 2 раза снижалась по сравнению с обработанным контролем.

Дом, Гр

■ -облучение □ -облучение+гипертсрмин

в хлороп ластах предварительно облученного гороха после гипертермии

< 3

О 0,1

Доза, Гр [Ц-облучение+ги пертермкя

Рис. 7. Содержа:! не "Продуктов ПОЛ: ДК (а) н МДА (б) в хлороплаетах предварительно облученных растений гороха после гипертермии

Таким образом, в проведенных экспериментах была получена различная реакция хлоропластов облученных в двух дозах и подвергнутых доследующей гипертермии растений.

Предварительное облучение в дозе 0,1 Гр вызывало гиперчувствительность хлоропластов к повышенной температуре, что выражалось в развитии значительно более серьезных деструктивных изменений в мембранах хлоропластов растений после гипертермии, чем при воздействии высокой температуры па контрольные экземпляры. Этот эффект обусловлен суммированием последствий воздействия обоих факторов, т.к. в результате последействия радиации в данной дозе происходило лишь незначительное накопление токсичных продуктов. Явление синергизма при терморадиационном воздействии широко известен и применяется практически, например, для стерилизации и лучевой терапии (Кузин, Каушанский, 1981; Петик, Комаров, ¡989). Однако причины такой реакции, проявление которой подчиняется нелинейному закону зависимости «доза-эффект», является широко обсуждаемым вопросом.

Причиной развития

окислительной деструкции

хлоропластов может быть истощение резервов

антиоксидантной защиты: если через 30 мин после облучения активность СОД при этой дозе была максимальна, то в результате последующей гипертермии она имела более низкий уровень (рис,8). Активность ключевого фермента второй линии защиты -аскорбатперокеидазы - также была ниже после гипертермии (рис. 9а). Таким образом, ключевая роль в восстановлении перекисного

гомеостаза, нарушенного

последовательным действием облучения и повышенной температуры, по-видимому, принадлежала низкомолекулярным антиоксида! гтам и ферментативным системам их репарации, так как к моменту начала термического воздействия на 30-й минуте послерадиационноЙ экспозиции происходило включение синтеза восстановленного глутатиона (рис. 56), а после гипертермии активировалась глутатиопредуктаза - фермент, катализирующий рециклирование глутатиона (рис. 96).

Предварительное облучение в дозе I Гр обусловливало иной тип ответа хлоропластов па гипертермию: она адаптировала объект к последующему тепловому шоку. Адаптивный ответ обычно проявляется в виде повышения устойчивости к действию облучения в высоких дозах при условии

5 =

О л

и S

; га

Е i s а м-

в 10 = fe

э ■

0.S ■

0,0 ■ 10 0.1 1

Доза, Гр

-облучение □ - облучепие+гипертермия

Рис. 8. Активность СОД в хлоропластах облученного гороха после гипертермии

предварительного облучения з малых (Пелевина и др., 2000; Бурлакова и др., 1999). Б проведенных исследованиях предварительное облучение индуцировало адаптивный ответ к воздействию стрессора иной природы - к гипертермии. Адаптивный ответ является одним из проявлений феномена радиационного гормезиса - биопозитивного эффекта воздействия радиации в малых дозах (ОЬуагаа, \Vai\g, Уика^д, 2004).

г г

11 с я и ю

2 | ; а

0.1

Доза, Гр - облучение

в." *

1- 3

"I— л иг и

и -

£ К

г е к

1 —

0.1

Доза, Гр

Ооблуч ение+гипертервдия

Рис. 9. Активность аскорбатпероксидазы(а) и глутатиопредуктазы(б) в хлоропластах облученного гороха после гипертермии

В проведенных экспериментах к моменту начала теплового воздействия растений фермент первой линии защиты - СОД был значительно активирован, но гораздо в меньшей степени, чем в случае облучения в дозе 0,1Гр, вызывавшей гиперчувствительность. Вероятно, в связи с сохранением некоторого граничного уровня активности СОД, его субстрат - супероксидный анион-радикал генерировался на достаточно высоком уровне, что, однако, не активировало накопление токсичных продуктов ПОЛ, но поддерживало генерацию начальных продуктов на некотором стационарном уровне. Это состояние не изменялось и после часовой экспозиции, и после воздействия гипертермии. Данный факт может свидетельствовать в пользу некоторой сигнальной роли супероксида в активировании систем защиты от повреждающего действия стрессоров, которая реализуется через активирование протекания первичных стадий ПОЛ, не приводящих к образованию вредных для клетки продуктов.

В работах Г.И. Жижиной (1999) также одним из возможных механизмов переключения клеток и новый режим функционирования при радиационном воздействии указывается изменение копформанионного состояния мембран. Результатом таких изменений в наших экспериментах стала активация ключевых ферментов аскорбат-глутатионовога цикла - АП и ГР после

гипертермии растений облученных в дозе 1 Гр, чего не происходило в случае гипертермии необлученных растений и при тепловой обработке после облучения в дозе 0,1 Гр

Подобный эффект был получен в многочисленных исследованиях группы ЕБ Бурлаковой (1999), на основании которых была предложена модель, согласно которой более интенсивное облучение или облучение в более высоких дозах в пределах малых быстрее включает системы репарации радиационных повреждений Это может объяснять парадокс гормезиса, вызванного более высокой дозой (1Гр), на фоне гиперчувствителыюсти к гипертермии при предварительном облучении в меньшей дозе (0,1 Гр) Предполагаемым активатором защитных систем, вероятно, является эндогенный супероксидный анион-радикал

3 Воздействие низкочастотного магнитного поля на перекисный гомеостаз хлоропластов растений гороха. Постоянное увеличение количества и мощности устройств, создающих при своей работе МП, привело к тому, что значительная часть экосистем находится под непрерывным действием магнитных полей (Прессман, 1968, Плеханов, 1987, МагИпег, СагЬопеП, Ногег, 2002, Петин, 2006) Слабое низкочастотное магнитное поле является проникающим агентом внешней среды, которое одновременно влияет как на системные механизмы, так и на структурно-метаболические процессы на уровне клеток и тканей организма Но специфические сенсоры клетки, которые принимают и преобразуют внешний сигнал об изменении характеристик МП в реакцию живой системы до настоящего времени не выявлены (Рыбаков,1995, Трошин, Мясников, Белоусова, 1995) Было показано, что для МП с индукцией порядка естественного геомагнитного фона наиболее вероятным и значимым является механизм спинового запрета на скорости биохимических реакций, протекающих через стадию взаимодействия двух радикалов (Орлов, 1995)

В связи с этим, в исследованиях реакции растительного

организма на внешнее МП интерес представляет

исследование изменений в системе перекисного

гомеостатирования клеточных мембран, которые способны отвечать на стрессирующие воздействия усилением

генерации АФК, в том числе и радикальных продуктов

восстановления кислорода

В данных экспериментах при воздействии МП происходили колебания в содержании одной из основных форм активированного

ч и 25

СЗ

и 20

»*■

ч 15

а 10

и 5

>-и 0

15 30 60 Время, мин

-супероксид

СОД

Рис 10 Динамика накопления супероксида и активности СОД в хлоропластах гороха при воздействии переменного магнитного поля

с о 4000 120

3500

с • '1.лЧ • 100

— 3000

и 2500 80

л 2000 Г А 60

^ о 1500 ■ 40

£ 1000

и 500 •

Ч 0 -1-1- Н-1- 0

ч с ч

«5

Время, мин

■-в-ДК

-МДА

Рис 11 Динамика содержания продуктов ПОЛ в хлоропластах гороха при воздействии переменного магнитного поля

2,5

кислорода - супероксидного анион-радикала (рис 10) Причем, уже к 15 мин воздействия МП происходил рост скорости генерации этого радикала на мембранах хлоропластов, и его уровень на треть возрастал по сравнению с контролем Еще 15 мин экспозиции приводили к снижению образования этого радикала на 40% от контроля, а после 2-х часов воздействия МП оно вновь достигало контрольного уровня МП изменяло прооксидантно-антиоксидантный статус хлоропластов гороха, причем уже на интервале от 0 до 15 мин воздействия происходила быстрая активация генерации свободных радикалов Однако быстрый ответ антиоксидантов первой линии защиты -низкомолекулярных антиоксидантов и СОД, активность которой возрастала на 68% относительно контроля, исключили развитие ПОЛ (рис И) Дальнейшая обработка полем приводила к некоторому ингибированию окислительных процессов, что выражалось в снижении содержания продуктов ПОЛ минимум содержания ДК и МДА приходился на 60 мин и составил 63,7% и 38,2% соответственно (рис 11) Этот факт, по-видимому, находит объяснение в падении скорости генерации супероксидного анион-радикала, что отразилось также и на снижении активности СОД на 20-40%, которая является субстрат-индуцируемым ферментом К 120 мин воздействия эти показатели ПОЛ

к а

< 5

-а ю

н и

¡1

а н

а «

н ю

« Я

с. и

1,5

¡ЕЗ £ е

120

Время, мин

-АП

ГР

Рис 12 Динамика активности аскорбатпероксидазы и глутатионредуктазы в хлоропластах гороха при воздействии переменного магнитного поля

начинали возрастать, однако так и не достигли начальной величины. Ферменты аскорбат-глутатионового цикла не реагировали па воздействие МП (рис. 12), и

последствия всплеска продукции 0'{ в начале экспозиции отразились на соотношении окисленных и восстановленных форм низкомолекулярных антиоксидантов: самые низкие концентрации аскорбата (41% от контроля) и глутатиона (68% от контроля) приходились па 15 мин экспозиции. Причем ответ систем синтеза аскорбата И глутатиона носили фазный характер: в начале экспозиции срабатывала система компенсации пула аскорбата, при дальнейшей обработке - включался синтез глутатиона (рис.13).

Время, мнн Время, мин

Щ - восстановленная форма - окисленная форма

Рис. 13. Содержание аскорбата (а) и глутатиона (б) в хлоропластах гороха При воздействии переменного магнитного поля

В целом, МП модулировало прооксидантпо-антиоксидантное равновесие, причем, очевидно, первичный всплеск продукции супероксида носил скорее сигнальный характер, не вызывая акгивации окислительных процессов и мобилизуя системы защиты от возможных повреждающих воздействий, ключевыми среди которых были СОД и низкомолекулярные антиоксиданты.

В настоящее время широко обсуждается вопрос об изменении свойств биомембран, как об основном эффекте МП на живую клетку (Новиков, 1998; Шибарова, Орлова, Лобкаева, 2004). В частности, в работах Г.В. Новицкой и др, (2006) делается вывод о корригирующих свойствах низкочастотных МП на качественный состав липидов мембран проростков редиса. В многочисленных работах приводятся сведения об изменении работы Са"+ -каналов под действием МП (Сгеапда е1 а!., 2002; 1хс1пеу, 1996). Эти эффекты могут обусловливать разобщение свобод норад и кал ышХ процессов, протекающих на мембранах хлороп ластов и интенсификацию генерации супсроксида в проведенных экспериментах, а также накопление в хлороп ластах аскорбата уже в первые минуты воздействия МП, которое могло происходить за счет его проникновения из цитозоля в результате изменения проницаемости мембран.

Быстрый ответ систем поддержания перекисного гомеостаза был получен ранее при кратковременной гипертермии растений гороха (Курганова и др , 1999, Веселов, 2001), при воздействии низкоинтенсивной ионизирующей радиации (Синицына и др, 2004) и различных концентраций параквата (Балалаева, 2004, Лихачева, 2002) Ответ хлоропластов по результатам этих работ развивался также уже в первые 5-15 мин

Полученные результаты могут свидетельствовать в пользу неспецифического ответа со стороны растительного организма на воздействия МП, как и на любой другой фактор, не зависимо от природы и механизмов взаимодействия с клеткой Причем, вероятно, сигналом для запуска защитных систем может служить продукция клеткой собственных АФК, в частности по данным результатам - супероксидного анион- радикала

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты свидетельствуют в пользу неспецифического ответа со стороны растительной клетки на слабое воздействие физических факторов, не зависимо от их природы Такая ответная реакция заключается в быстром сдвиге прооксидантно-антиоксидантного равновесия в сторону активации ПОЛ, что, однако, при условии такого же быстрого включения защитных механизмов, не приводит к развитию деструктивных процессов на мембранах Сигналом для активации защитных систем, вероятно, может служить продукция клеткой собственных АФК, в частности - супероксидного анион-радикала Нелинейный и парадоксальный характер зависимости «доза-эффект» при слабых воздействиях может являться следствием наличия некоторого порога дозы, достижение которого является необходимым для запуска приспособительных к действию этих факторов реакций В противном случае недостаточная активация защитных механизмов влечет за собой серьезное нарушение прооксидантно-антиоксидантного баланса и развитие окислительной модификации биомолекул Быстрый и ярко выраженный ответ хлоропластов на воздействие слабых физических факторов говорит о сенсорной роли этих органелл, которая заключается в рецепции и усилении сигнала об изменении окружающей среды

выводы

1 В результате воздействия на растения гороха ионизирующей радиации в малых дозах и низкоинтенсивного магнитного поля происходило быстрое повышение уровня супероксидного анион-радикала на фоне быстрой активации СОД и окисления низкомолекулярных антиоксидантов хлоропластов Такой быстрый ответ антиоксидантов первой линии защиты снижал содержание продуктов перекисного окисления липидов Ферменты аскорбат-глутатионового цикла реагировали на воздействие исследуемых факторов позже

2 Ответ прооксидантно-антиоксидантной системы хлоропластов на воздействие слабых физических факторов имел парадоксальный характер меньшая доза вызывала больший отклик системы

3 Радиоактивное облучение в малых дозах имело эффект длительного последействия, выражавшийся в модуляции ответа растений на последующую гипертермию Получены два типа ответа предоблученных растений на гипертермию доза 0,1 Гр приводила к развитию гиперчувстпительности хлоропластов к повышенной температуре, доза 1Гр обуславливала адаптивный ответ к гипертермии

4 Динамика изменений показателей перекисного гомеостаза при воздействии низкоинтепсивпого переменного магнитного поля имела нелинейную динамику, что являлось следствием активации защитных резервов в первые минуты экспозиции

5 Активация защитных механизмов к действию стрессирующих факторов связана с повышением уровня эндогенного супероксидного аниоп-радикала

6 Отвег системы перекисного гомеостаза неспецифичен по отношению к воздействию факторов физической природы, различных по природе и механизмам взаимодействия с биологическими объектами

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Курганова Л Н , Синицына Ю В , Балалаева И В , Федорова Е О , Половинкнна Е.О. Влияние малых доз радиации на функциональное состояние мембран хлоропластов растений гороха (Pisum sativum L) // Материалы конференции «Экологическая и промышленная безопасность» -Саров, 2003 - С 175-178

2 Балалаева И В , Половинкнна Е.О., Соколова В А , Бердникова М В Модуляция прооксидантно-антиоксидантного равновесия хлоропластов растений малыми дозами ионизирующей радиации // Материалы III Всероссийской молодежной научной конференции по фундаментальным проблемам радиохимии и атомной энергетики Нижний Новгород, 2004 - С 16

3 Половинкнна Е.О., Федорова Е О , Синицына Ю В , Балалаева И В Ответная реакция хлоропластов гороха на действие малых доз ионизирующей радиации // Материалы 8-ой Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» Пущино, 2004 -С 66

4 Половинкнна Е.О Изменение прооксидантно-антиоксидантного баланса хлоропластов гороха как ответная реакция на облучение малыми дозами радиации // Материалы XVII межвузовской конференции «Актуальные проблемы естествознания» Нижний Новгород, 2004 -С 59

5 Балалаева И В , Половинкнна Е.О. Развитие окислительного стресса хлоропластов растений при действии стрессирующих факторов различной природы // Материалы IX Нижегородской сессии молодых ученых «Естественные дисциплины Нижний Новгород, 2004 - С 202-203

6 Синицына Ю В, Половннкина Е.О, Чернышева М И Динамика перекисного гомеостаза в хлоропластах гороха (Pisum sativum L) в связи с облучением малыми дозами ионизирующей радиации // Вестпик Нижегородского университета им Н И Лобачевского Серия Биология Вып 1(11) Нижний Новгород 2006 - С 81-83

7 Половинкнна Е О , Чернышева М И , Андреев О В , Бердникова М В Изменение перекисного гомеостаза при действии на растения гороха низкоинтенсивного ионизирующего излучения с последующей гипертермией // Материалы X Нижегородской сессии молодых ученых «Естественные дисциплины» Нижний Новгород, 2005 - С 216

8 Polovmkina Е. О. The theory of oxidative stress and the effects of low-dose radiation // Materials of the IX European Young Investigator Symposium "SymBioSE-2005" - Helsinki, 2005 -P 35

9 Половинкнна E.O., Ежевская M A , Прохорова В Г Ответная реакция хлоропластов облученных растений гороха на гипертермию // Материалы XI Нижегородской сессии молодых ученых «Естественные дисциплины Нижний Новгород, 2006 - С 195-196

10 Половинкнна Е О., Бердникова М В , Прохорова В Г Перекисное окисление липидов в общеклеточной суспензии из листьев предоблученных растений гороха при гипертермии // Материалы 10-ой Международной

Путинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» Пущино, 2005 -С 66

11 Половпнкина Е.О., Веселов А П , Курганова JI Н , Ежсвская М А , Васильева Е А Модифицирующее действие ионизирующего обпучения в малых дозах на перекисный гомеостаз растений гороха при тепловом шоке // Материалы Годичного собрания общества физиологов растений Ростов-на-Дону, 2006 -С 198

12 Половипкпна Е.О , Чернышева М И , Прохорова В Г , Токарева Е В прооксидантно-антиоксидантное равновесие в хлоропластах растений гороха при радиоактивном облучении в малых дозах в сочетании с гипертермией // Материалы 11-ой Международной Путинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» Пущино, 2006 -С 305

13 Е Polovinkma, М Yezhevskaya, Е Vasilieva The adaptive response to high-temperature shock in chloroplasts from Pisum sativum L exposed to low-dose [gamma]-radiation // Proceedings of the I(IX) Conference of Young Botanists in Saint-Petersburg - Saint-Petersburg, 2006 -P 185

14 Kurganova L N , Sinitsina J V , Polovinkma E.O., Chermsheva M I, Ezhevskaya M A Free oxygen radicals are involved in plant cell signal passway inducing by the low doses of ionizing radiation // Abstracts of the second international symposium "Signaling systems of plant cells role in adaptation and immunity" - Kazan, 2006 - P P 205-206

15 E. Polovinkma, L Kurganova, J Sinitsina, A Veselov, M Chermsheva, A Sinelschikov Effects of low dose irradiation on prooxidant-antioxidant balance in Pisum sativum chloroplasts // Abstracts of the 35th Annual Meeting of the European Radiation Research Society and the 4th Annual Meeting of the Ukiainian Society for Radiation Biology 'European Radiation Research - 2006" - Kyiv, 2006 - P 220

16 Половпнкина Е.О, Васильева EA Модуляция перекиспого гомеостаза мембран хлоропластов гороха переменным магнитным полем // Материалы Международной конференции по фундаментальным наукам среди студентов и аспирантов «Ломоносов-2007» - Москва, МГУ, 2007 - С 271

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИИ

АО - антиоксидантный

АП - аскорбатпероксидаза

АФК - активные формы кислорода

ГР - глутатионредуктаза

ДК - диеновые конъюгаты

МД - малые дозы

МДА - малоповый диальдегид

МП - магнитное поле

ПОЛ - перекисное окисление липидов

СОД - супероксиддисмутаза ФЭТЦ - фотосинтетическая электрон-транспортная цепь GSH, GSSG - восстановленный и окисленный глутатион

Подписано в печать 24 04 2007 Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ л 1 Тир 100 Зак 457

Типография Нижегородского госуниверситета Лицензия № 18-0099 603000, Н Новгород, ул Б Покровская, 37

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Половинкина, Елена Олеговна

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Перекисный гомеостаз растительной клетки.

1.2 Представление о стрессе, как о неспецифической ответной реакции растительного организма на воздействие факторов окружающей среды.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Постановка опыта.

2.2 Методы анализа.

2.2.1 Приготовление суспензии хлоропластов.

2.2.2 Получение хлоропластной фракции ферментов.

2.2.3 Определение активности СОД.

2.2.4 Определение активности аскорбатпероксидазы.

2.2.5 Определение активности глутатионредуктазы.

2.2.6 Определение содержания глутатиона.

2.2.7. Определение содержания аскорбиновой кислоты.

2.2.8. Определение генерации супероксидного анион-радикала.

2.2.9. Определение содержания диеновых конъюгатов.

2.2.10. Определение содержания малонового диальдегида.

2.2.11. Определение белка.

2.2.12. Определение липидов.

2.2.13. Статистическая обработка результатов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1 Последействие малых доз ионизирующей радиации в хлоропластах растений гороха.

3.2 Модулирующее действие предварительного облучения растений гороха ионизирующей радиацией на перекисный гомеостаз хлоропластов при гипертермии.

3.3 Воздействие низкочастотного переменного магнитного поля на перекисный гомеостаз хлоропластов растений гороха.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Состояние системы перекисного гомеостаза хлоропластов гороха в условиях слабого воздействия физических факторов различной природы"

Актуальность проблемы.

До настоящего времени вопрос о существовании специфических мишеней малых доз ионизирующей радиации и низкоинтенсивных магнитных полей остается спорным. Многочисленные исследования последних десятилетий показали, что независимо от природы воздействия, ответ растения на него развивается по некоторой общей схеме, что позволяет говорить о существовании неспецифической стрессовой реакции на воздействия извне (Удовенко, 1977; Пахомова, 1995). Таким универсальным звеном в реакции растительного организма на действие самых разнообразных факторов может быть некоторое стереотипное изменение внутренней среды клетки, на роль которого многие исследователи выдвигают окислительный стресс (Барабой, 1991; Курганова и др., 1999). Однако до настоящего времени ведутся споры о степени универсальности окислительного стресса, как ответной реакции на любое воздействие извне и наличии специфических механизмов для его реализации, зависящих от природы действующего фактора.

В многочисленных работах показано усиление генерации активных форм кислорода (АФК) в ответ на разнообразные внешние стимулы, но их роль в развитии стресс-реакции до конца не выяснена и является широко обсуждаемым вопросом. (Минибаева и др., 1997; Dat et al., 2000; Калашников и др., 1999; Chen, Li, 2001). С одной стороны повышение продукции активированного кислорода приводит к интенсификации окислительной модификации биомолекул и, как следствие, к изменению перекисного гомеостаза клетки (Владимиров, Арчаков, 1972; Бурлакова, Храпова, 1985; Мерзляк, 1989). В то же время получены сведения о сигнальной роли АФК в регуляции многих физиологических процессов (Кулинский, Колеснеченко, 1993; Тарчевский, 2002). В растительной клетке генерация значительной части активных форм кислорода происходит в результате функционирования фотосинтетической электрон-транспортной цепи, в связи с чем в современной физиологии растений многими исследователями выдвигается гипотеза о сенсорной функции хлоропластов (Allen, 1993; Foyer et. al., 1997).

Большое внимание в последнее время уделяется механизмам ответа живых систем на слабые внешние воздействия (Веселова, Веселовский, Чернавский, 1993; Бурлакова и др., 1999; Эйдус, 2001). Предполагается, что действие факторов, по силе не выходящих за зону толерантности организмов, формируется не вследствие прямого повреждающего эффекта стрессора, а в результате разбалансирования процессов повреждения и восстановления клеточных структур. В связи с этим исследование слабых воздействий может способствовать выявлению механизмов тонкой регулировки внутренних процессов, происходящих при внешних возмущениях.

Учитывая вышесказанное, представляется актуальным исследование возможности участия системы перекисного гомеостатирования в ответе растительного организма на воздействие малых доз ионизирующей радиации и низкоинтенсивного переменного магнитного поля, что в перспективе может способствовать раскрытию общебиологических механизмов рецепции данных физических факторов; стать основой для разработок в области повышения адаптивных возможностей растений к этим воздействиям в условиях возрастающего техногенного загрязнения окружающей среды.

Цель и задачи исследования.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить содержание супероксидного анион-радикала, продуктов перекисного окисления липидов, основных низкомолекулярных антиоксидантов и активность ферментов антиоксидантной защиты в хлоропластах, выделенных из растений гороха, подвергнутых воздействию ионизирующей радиации в малых дозах и низкоинтенсивного переменного магнитного поля.

2. Провести сопоставление эффектов на уровне прооксидантно-антиоксидантной системы хлоропластов при воздействии разных доз ионизирующей радиации и разных временных экспозиций низкоинтенсивного переменного магнитного поля.

3. Оценить специфичность изменений перекисного гомеостаза хлоропластов растений гороха в результате исследуемых воздействий.

4. Определить возможность участия супероксидного анион-радикала в ответе прооксидантно-антиоксидантной системы хлоропластов на слабое воздействие физических факторов.

Научная новизна.

Получены новые данные, свидетельствующие об усилении продукции супероксидного анион-радикала хлоропластами в течение длительной экспозиции после облучения растений ионизирующей радиацией в малых дозах и в результате воздействия низкочастотным магнитным полем, показана возможность участия супероксидного анион-радикала в развитии защитных реакций к воздействию данных физических факторов.

Исследовано последействие ионизирующей радиации и показан парадоксальный ответ системы перекисного гомеостатирования хлоропластов на облучение в малых дозах. Получены два типа эффектов малых доз радиации на интервале до 1 Гр. Показано, что доза 0,1 Гр вызывает гиперчувствительность к последующей гипертермии облученных растений, доза 1 Гр обусловливает адаптивный ответ растений на последующее воздействие повышенной температуры.

Теоретическая и практическая значимость.

Проведенные исследования демонстрируют участие генерируемого хлоропластами супероксидного анион-радикала в формировании ответа системы поддержания перекисного гомеостаза растений на воздействие ионизирующей радиации в малых дозах и низкоинтенсивного переменного магнитного поля. Эти данные открывают перспективы для разработки новых способов повышения адаптивных возможностей растений к стрессирующим воздействиям, а также могут быть полезны для рассмотрения использования растительного организма в биоиндикации и экологическом мониторинге техногенного загрязнения окружающей среды.

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены на конференции «Экологическая и промышленная безопасность» (Саров, 2003), 8-й, 9-й, 10-й и 11-й Нижегородских сессиях молодых учёных (Н.Новгород, 2004, 2005, 2006, 2007), XVII международной конференции «Актуальные проблемы естествознания» (Н.Новгород, 2004), 8-й, 9-й и 10-й международных Пущинских школах-конференциях молодых учёных «Биология - наука 21го века» (Пущино, 2004, 2005, 2006), на II Всероссийской молодежной научной конференции по фундаментальным проблемам радиохимии и атомной энергетике (Н.Новгород, 2004), The IX European Young Investigator Symposium "SymBioSE-2005" (Helsinki, 2005), The I(IX) International Conference of Young Botanists in Saint-Petersburg (Saint-Petersburg, 2006), The 2nd international symposium "Signaling systems of plant cells: role in adaptation and immunity" (Kazan, 2006), The 35th Annual Meeting of the European Radiation Research Society and the 4th Annual Meeting of the Ukrainian Society for

Radiation Biology "European Radiation Research - 2006" (Kyiv, 2006), на Годичном собрании общества физиологов растений (Ростов-на-Дону, 2006), Международной конференции по фундаментальным наукам среди студентов и аспирантов «Ломоносов-2007» (Москва, 2007), II Международной конференции «Человек и электромагнитные поля» (Саров, 2007).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано и направлено в печать 16 работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация в объеме 105 листов состоит из введения, обзора литературы, описания методов и объекта исследования, 3 разделов, где

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Половинкина, Елена Олеговна

ВЫВОДЫ

1. В результате воздействия на растения гороха ионизирующей радиации в малых дозах и низкоинтенсивного магнитного поля происходило быстрое повышение уровня супероксидного анион-радикала на фоне быстрой активации СОД и окисления низкомолекулярных антиоксидантов хлоропластов. Такой быстрый ответ антиоксидантов первой линии защиты снижал содержание продуктов перекисного окисления липидов. Ферменты аскорбат-глутатионового цикла реагировали на воздействие исследуемых факторов позже.

2. Ответ прооксидантно-антиоксидантной системы хлоропластов на воздействие слабых физических факторов имел парадоксальный характер: меньшая доза вызывала больший отклик системы.

3. Радиоактивное облучение в малых дозах имело эффект длительного последействия, выражавшийся в модуляции ответа растений на последующую гипертермию. Получены два типа ответа предоблученных растений на гипертермию: доза 0,1 Гр приводила к развитию гиперчувствительности хлоропластов к повышенной температуре, доза 1Гр обуславливала адаптивный ответ к гипертермии.

4. Динамика изменений показателей перекисного гомеостаза при воздействии низкоинтенсивного переменного магнитного поля имела нелинейную динамику, что являлось следствием активации защитных резервов в первые минуты экспозиции.

5. Активация защитных механизмов к действию стрессирующих факторов связана с повышением уровня эндогенного супероксидного анион-радикала.

6. Ответ системы перекисного гомеостаза неспецифичен по отношению к воздействию факторов физической природы, различных по природе и механизмам взаимодействия с биологическими объектами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты свидетельствуют в пользу неспецифического ответа со стороны растительной клетки на слабое воздействие физических факторов, не зависимо от их природы. Такая ответная реакция заключается в быстром сдвиге прооксидантно-антиоксидантного равновесия в сторону активации ПОЛ, что, однако, при условии такого же быстрого включения защитных механизмов, не приводит к развитию деструктивных процессов на мембранах. Сигналом для активации защитных систем, вероятно, может служить продукция клеткой собственных АФК, в частности - супероксидного анион-радикала. Нелинейный и парадоксальный характер зависимости «доза-эффект» при слабых воздействиях может являться следствием наличия некоторого порога дозы, достижение которого является необходимым для запуска приспособительных к действию этих факторов реакций. В противном случае недостаточная активация защитных механизмов влечет за собой серьезное нарушение прооксидантно-антиоксидантного баланса и развитие окислительной модификации биомолекул. Быстрый и ярко выраженный ответ хлоропластов на воздействие слабых физических факторов говорит о сенсорной роли этих органелл, которая заключается в рецепции и усилении сигнала об изменении окружающей среды.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Половинкина, Елена Олеговна, Нижний Новгород

1. Аверьянов А.А. Активные формы кислорода и иммунитет растений // Успехи современной биологии. 1991. Т. 111. Вып.5. С. 1112-1117.

2. Аверьянов А.А., Лапикова В.П., Николаев О.Н., Степанов А.И. Зависящая от активированного кислорода защита риса от пирикуляриоза с помощью рибофлавина и розеофлавина // Биохимия. 2000. Т.65. Вып. 11. С.1530-1537.

3. Альберт Э. Избирательная токсичность. М.: Мир, 1971. - 431 с.

4. Андреев И.М. Роль механических свойств мембран в динамике поведения мембранных систем в растительных клетках // Физиология растений. 1993. Т.40. №3. С.475-484.

5. Балалаева И.В. Изменение проокисдантно-антиоксидантного статуса хлоропластов гороха при действии стрессирующих факторов среды: Автореф. дис. канд. биол. наук: 03.00.12 / И.В. Балалаева. Н. Новгород, 2002. - 24с.

6. Барабой В. А. Механизмы стресса и перекисное окисление липидов // Успехи современной биологии. 1991. Т. 111. Вып. 6. С. 923-931.

7. Барабой В. А., Блехман Н. Н., Голотин В. Г., Кудряшов Ю. Б. Перекисное окисление и стресс. СПб.: Наука, 1992. - 148 с.

8. Барабой В.А. Стресс: природа, биологическая роль, механизмы, исходы. К.: Фитосоциоцентр, 2006. - 424 с.

9. Барабой В.А., Олейник С.А. Стресс в развитии радиационного поражения. Роль регуляторных механизмов // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т. 3, №4. С. 438-443.

10. Бекина P.M., Гусейнова В.Е. Восстановление кислорода в реакционном центре фотосистемы II хлоропластов растений // Физиология растений. 1986. Т.ЗЗ, №1. С.171-184.

11. Блехман Г.И., Шевякова Н.И. Синтез и распад макромолекул в условиях стресса // Успехи современной биологии. 1992. Т.1 12. Вып. 2. С.280-286.

12. Браун А.Д., Моженок Т.П. Неспецифический адаптационный синдром клеточной системы. -JL: Наука, 1987. -232с.

13. Бурлакова Е.Б., Архипова Г.В., Голощапов А.Н., Молочкина Е.М., Хохлов А.Г. Мембранные липиды как переносчики информации // Биоантиокислители и регуляция метаболизма в норме и патологии / Под. Ред. А.И. Журавлева. М.: Наука, 1982. - С.74-83.

14. Бурлакова Е.Б., Голощапов А.Н., Жижина Г.П., Конрадов А.А. Новые аспекты закономерностей действия низкоинтенсивного облучения в малых дозах // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т.39, №1 С.26-33.

15. Бурлакова Е.Б., Крашаков С.А., Храпова Н.Г. Роль токоферолов в пероксидном окислении липидов мембран // Биологические мембраны. 1998. Т. 15. Вып. 2. С. 137-163.

16. Бурлакова Е.Б., Храпова Н.Г. Перекисное окисление мембран и природные антиоксиданты //Успехи химии. 1985. Т. 44. Вып.9. С. 1540-1558.

17. Вартанян JI.C. Супероксиддисмутаза // Белки и пептиды: В 2 Т. -М.: Наука, 1995.-Т.1.-С.89-95.

18. Васин A.JL, Шафиркин А.В. Количественные критерии перехода отнормы к патологии при хроническом действии физических факторов // Радиационная биология. Радиоэкология. 2006. Т. 46. №4. С.498-507.

19. Веселов А.П. Математическая модель возможного триггера обратимого включения режима стресса у растений //Физиология растений. 2001. Т.48, №1. С.124-131.

20. Веселова Т.В., Веселовский В.А., Чернавский Д.С. Стресс растений (биофизический подход). М.:МГУ, 1993. - 144с.

21. Веселовский В.А., Веселова Т.В., Чернавский Д.С. Стресс растений. Биофизический подход //Физиология растений. 1993. Т.48. Вып.1. С. 124-131.

22. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах // Соросовский образовательный журнал. 2000. Т.6. № 12. С. 13-19.

23. Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И. Свободные радикалы в живых системах // Итоги науки и техники. «Биофизика». М.: ВИНИТИ, 1991.-274с.

24. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972. - 252 с.

25. Газарян И.Г., Упоров И.В., Чубаров Т.А., Фечина В.А., Мареева Е.А., Лагримин Л.М. Влияние рН на стабильность анионной пероксидазы табака и ее взаимодействие с перекисью водорода // Биохимия, 1998. Т.63. №5. С.708-715.

26. Газиев А.И. Повреждение ДНК в клетке под действием ионизирующей радиации // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39. С.630-638.

27. Гамалей И.А., Клюбин И.В. Перекись водорода как сигнальная молекула//Цитология, 1996. Т.38. №12. С. 1233-1247.

28. Гигиенические критерии окружающей среды. Магнитные поля. Совместное издание Программы Организации Объединенных наций по окружающей среде. Всемирная организация здравоохранения и

29. Международной организации по радиационной защите. Всемирная организация здравоохранения. Женева, М.: Медицина, 1992 - 154 с.

30. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999.-459с.

31. Гольдштейн Н. Активные формы кислорода как жизненно необходимые компоненты воздушной среды // Биохимия. 2002. Т. 67. Вып.2. С. 194-204.

32. Гордон JI.X., Колесников О.П., Минибаева Ф.В. Образование супероксида редокс-системой плазмалеммы корневых клеток и ее участие в детоксикации ксенобиотиков // Доклады РАН. 1999. Т. 367. №3. С. 409-411.

33. Гречкин А.Н., Тарчевский И.А. Липоксигеназная сигнальная система// Физиология растений. 1999. Т. 46, №1. С. 132-142.

34. Гродзинский Д.М. Надежность растительных систем. Киев: Наукова думка, 1983.-386с.

35. Гродзинский Д.М. Радиобиология растений. Киев: Наукова Думка, 1989.-384 с.

36. Гродзинский К.Д., Коломиец К.Д., Кутлахмедов Ю.А. Антропогенная радионуклидная аномалия и растений. К.: Лыбидь, 1991. -160 с.

37. Давыдов Б.И. Радиация, человек и окружающая среда: аргументы и факты. М.: Изд. AT, 1993. - 80с.

38. Дас Д.К. Превращение сигнала гибели в сигнал выживания при редокс-сигнализации //Биохимия. 2004. Т. 69. Вып. 1. С. 16-24.

39. Досон Р., Элиот Д., Элиот У., Джонс К. Справочник биохимика. М.: Мир, 1991.481 с.

40. Дубинина Е.Е., Шугалей И.В. Окислительная модификация белков//Успехи современной биологии. 1997. Т.113. Вып.1. С.71-81.

41. Дубинина Е.Е.,ж Салтыкова Л.А., Ефимова Л.Ф. Активность и изоферментный спектр супероксиддисмутазы эритроцитов и плазмы крови человека // Лаб дело, 1983. С.30-33.

42. Дятловицкая Э.В., Безуглов В.В. Липиды как биоэффекторы. Введение // Биохимия. 1998. Т.63. Вып. 1. С.3-5.

43. Жижина Г.И. Связь структурных характеристик ДНК эукариот и ее чувствительности к действию малых доз ионизирующей радиации // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т.39. №1. С. 41-48.

44. Журавлев А.И. Развитие идей Б.И. Тарусова о роли цепных процессов в биологии // Биоантиокислители в регуляции метаболизма в норме и патологии / Под ред. А.И. Журавлева. М.: Наука, 1982. - 36с.

45. Застрижная О.М. Хоробрых А.А., Христин М.С., Климов В.В. Фотообразование пероксида водорода на акцепторной стороне фотосистемыН//Биохимия. 1997. Т.62. Вып.4. С.419-424.

46. Зенков Н.К., Меньшикова Е.Б., Вольский Н.Н., Козлов В.А. Внутриклеточный окислительный стресс и апоптоз // Успехи современной биологии. 1999.Т. 119. №5. С.440-450.

47. Иванов Б.Н. Восстановление кислорода в хлоропластах и аскорбатный цикл //Биохимия. 1998. Т.63. Вып.2. С.165-170.

48. Ильенко А.И., Кроволуцкий Д.А. Радиоэкология. М.: Знание, 1971.-32с.

49. Кабакчи С.А., Булгакова Г.П. Радиационная химия в ядерном топливном цикле. М.: РХТУ им. Менделеева, 1997. - 300 с.

50. Калашников Ю.Е., Балахнина Т.И. Закржевский Д.А. Эффект почвенной гипоксии на активацию кислорода и систему защиты от окислительной деструкции в корнях и листьях Hordeum vulgare // Физиология растений. 1999. Т. 46. №2. С. 268-275.

51. Калашников Ю.Е., Закржевский Д.А., Балхина Т.И. Действие почвенной засухи и переувлажнения на активацию кислорода и систему защиты от окислительной деструкции в корнях ячменя // Физиология растений. 1992. Т.36, №2. С.263-269.

52. Калуев А.В. К вопросу о регуляторной роли активных форм кислорода в клетке // Биохимия. 1998. Т.63. Вып.9. СЛ 305-1306.

53. Камышников B.C. Справочник по клинико-биохимической диагностике. В 2 т. Минск,2000.

54. Кануго М. Биохимия старения. М.: Мир, 1982. - 294с.

55. Квинн Дж. Соответствует ли распределение а-токоферола в мембранах его предполагаемым функциям // Биохимия. 2004. Т. 69. Вып. 1. С. 74-84.

56. Кения М. В., Лукаш А. И., Гуськов Е. П. Роль низкомолекулярных антиоксидантов при окислительном стрессе // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113. Вып. 4. С. 456-469.

57. Когтева Г. С., Безуглов В. В. Ненасыщенные жирные кислоты как эндогенные биорегуляторы // Биохимия. 1998. Т. 63. Вып. 1. С. 6-15.

58. Колупаев Ю.Е., Трунова Т.Н. Особенности метаболизма и защитные функции углеводов растений в условиях стресса // Физиология и биохимия культурных растений. 1992. Т.24. Вып.6. С.523-532.

59. Кондрашова М.Н. Отрицательные аэроионы и активные формы кислорода// Биохимия. 1999. Т. 64. Вып. 3. С. 430-432.

60. Кудряшов Ю.Б., Перов Ю.Ф., Голеницкая И.А. Механизмы радиобиологических эффектов неионизирующих электромагнитных излучений низких интенсивностей // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39. №1. С. 79-83.

61. Кузин A.M. Структурно-метаболическая теория в радиобиологии. -М.: Наука, 1986.-284с.

62. Кузин A.M., Каушанский Д.А. Прикладная радиобиология. М.: Энергоатомиздат, 1981.- 224с.

63. Кулинский В.И. Активные формы кислорода и окислительные модификации макромолекул: польза, вред и защита // Соросовский образовательный журнал. 1999. №1. С.56-63.

64. Кулинский В.И., Колеснеченко Л.С. Структура и свойства, биологическая роль и регуляция глутатионпероксидазы // Успехи современной биологии. 1993. Т.113. Вып.2. С. 107-119.

65. Курганов Б.И. Оценка активности молекулярных шаперонов в тест-системах, основанных на подавлении агрегации белков // Успехи биологической химии. 2002. Т. 42. С.89-138.

66. Курганова JI.H., Веселов А.П., Гончарова Т.А., Синицына Ю.В. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная система защиты в хлоропластах гороха при тепловом шоке // Физиология растений. 1997. Т.44. С.725-730.

67. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1968. - 288 с.

68. Лапикова В.И., Гайворонская Л.М., Аверьянов А.А. Возможное участие Активных форм кислорода в двойной индукции противоинфекционных реакций растения // Физиология растений. 2000. Т.47. №1. С.92-101.

69. Лихачева А.В. Роль перекисного окисления липидов в регуляции систем поддержания клеточного гомеостаза у растений при стрессовых воздействиях: Автореф. дис. канд. биол. наук: 03.00.12 / А.В. Лихачева. Н. Новгород, 2002. - 22с.

70. Мазурик В., Михайлов В. О некоторых молекулярных механизмах основных радиобиологических последствий действия ионизирующих излучений на организм млекопитающих // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39, №1. С. 89-96.

71. Меныцикова Е.Б., Зенков Н.К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов // Успехи современной биологии. 1993. Т.113. Вып. 4. С.442-455.

72. Мерзляк М.Н. Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки // Итоги науки и техники. Физиология растений. М.: ВИНИТИ, 1989. - 168 с.

73. Метелица Д.И. Активация кислорода ферментными системами. -М.: Наука, 1982.-256 с.

74. Минибаева Ф.В. Активные формы кислорода и ионная проницаемость плазмалеммы в растительных клетках при стрессе. Автореф. дис. докт. биол. наук: 03.00.12 /Ф.В. Минибаева. С.-Пб., 2005.-42 с.

75. Минибаева Ф.В., Гордон JI.X. Продукция супероксида и активность внеклеточной пероксидазы в растительных клетках при стрессе // Физиология растений. 2003. Т. 50. №3. С. 459-464.

76. Минибаева Ф.В., Гордон JI.X., Рахматуллина Д.Ф., Вылегжанина Н.Н. Роль супероксида в формировании неспецифического адаптационного синдрома корневых клеток // Доклады РАН. 1997. Т. 355. №4. С.554-556.

77. Новиков В.В. Электромагнитная биоинженерия // Биофизика. 1998. Т.43. Вып. 4. С.588-562.

78. Новицкая Г.В., Церенова О.А., Кочешкова Т.К., Новицкий Ю.И. Влияние переменного магнитного поля на состав и содержание липидов в проростках редиса // Физиология растений. 2006. Т.53. №1. С. 83-93.

79. Опритов В.А., Пятыгин С.С., Крауз В.О. Анализ роли электрической активности клеток высшего растения в развитииадаптационного синдрома при охлаждении // Физиология растений. 1993. Т.40, №4. С.619-626.

80. Орлов А.П. К механизмам действия магнитных полей на биологические системы // Генераторы электромагнитного поля для магнитотерапии: Материалы Российской научно-практической конференции. Саров, 1995. С.38-39.

81. Осипов А.Н., Азизова О.А., Владимиров Ю.А. Активные формы кислорода и их роль в организме // Успехи биологической химии. 1990. Т.31. С.1180-1208.

82. Пахомова В. Н., Чернов И. А. Некоторые особенности индуктивной фазы неспецифического адаптационного синдрома растений // Известия Академии Наук. 1996, № 6. С. 705-715.

83. Пахомова В.М. Основные положения современной теории стресса и неспецифический адаптационный синдром у растений // Цитология. 1995. Т.37. Вып. 1-2. С.66-87.

84. Пескин А.В. О регуляторной роли активных форм кислорода // Биохимия. 1998. Т.63. Вып.9. С.1305-1306.

85. Пескин А.В. Роль кислородных радикалов, образующихся при функционировании мембранных редокс-цепей, в повреждении ядерной ДНК// Биохимия. 1996. Т.61. №1. С.65-71.

86. Петин В.Г. Биофизика неионизирующих физических факторов окружающей среды. Обнинск: МРНЦ РАМН, 2006. 265 с.

87. Петин В.Г., Жураковская Г.П., Пантюхина А.Г., Рассохина А.В. Малые дозы и проблемы синергического взаимодействия факторовокружающей среды // Радиационная биология. Радиоэкология. 1999. Т. 39, №1.С. 113-126.

88. Петин В.Г., Комаров В.П. Количественное описание модификации радиочувствительности. М.: Энергоатомиздат, 1989.- 192 с.

89. Практикум по биохимии: учебное пособие /под ред. С.Е. Северина, Г.А. Соловьевой. М.: 1989. - 509с.

90. Прессман А.С. Электромагнитные поля и живая природа. М.: Наука, 1968.-288с.

91. Пятыгин С.С., Треушников В., М., Опритов В.А. Феномен отрицательной температурной зависимости адаптивной реполяризации клеток высшего растения при охлаждении // Физиология растений. 1996. Т.43, №1. С.80-86.

92. Рагаб Мусса X. Роль гамма-облучения в регуляции содержания NO3 в растениях эруки // Радиационная биология. Радиоэкология. 2006. Т. 53. С. 215-219.

93. Ретивин В.Г., Опритов В.А., Федулина С.Б. Преадаптация тканей стебля тыквы к повреждающему действию низких температур // Физиология растений. 1997. Т.44, №4. С. 499-510.

94. Рубин Б.А., Ладыгина М.Е. Энергообмен и иммунитет растений // Итоги науки и техники. Физиология растений. М.: ВИНИТИ, 1976. - 266с.

95. Рыбаков Ю.Л. Биологические предпосылки и возможные механизмы действия переменных магнитных полей // Генераторы электромагнитного поля для магнитотерапии: Материалы Российской научно-практической конференции. Саров, 1995. С.37-38.

96. Селье Г. На уровне целого организма. М., 1972. -122с.

97. Серебряный A.M., Крашенинникова Г.А., Вахнина JI.B. Этиленообразующий фермент растений // Биохимия. 1995. Т.60, №7. С.1005-1014.

98. Скулачев В.П. Возможная роль активных форм кислорода в защите от вирусных инфекций // Биохимия. 1998. Т.З. Вып.12. С.1691-1694.

99. Скулачев В.П. Старение организма особая биологическая функция, а не результат поломки сложной живой системы: биохимическое обоснование гипотезы Вейсмана // Биохимия. 1997. Т.62. Вып.11. С.1394-1399.

100. Смолянина С., Цетлин В., Корсак И., Беркович Ю. Влияние радиационного фактора космического полета на рост пекинской капусты и микромицетов Fusarium oxysporum // Радиационная биология. Радиоэкология. 2006. Т. 46. №1. С. 37-44.

101. Стальная И.Д. Метод определения диеновой конъюгации ненасыщенных высших жирных кислот // Современные методы в биохимии. М.: Медицина, 1977. - С. 63-64.

102. Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты // Современные методы в биохимии. М.: Медицина, 1977.-С. 66-68.

103. Тарчевский И.А. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 2002. - 294 с.

104. Тарчевский И.А. Элиситор-индуцируемые сигнальные системы и их взаимодействие // Физиология растений. 2000. Т. 47, №2. С.321-327.

105. Трошин В.Д., Мясников И.Г., Белоусова Т.Е. Магнитные поля в биологии и медицине // Генераторы электромагнитного поля для магнитотерапии: Материалы Российской научно-практической конференции. Саров, 1995. С.34-36.

106. Турков М. И. Супероксиддисмутаза: свойства и функции // Успехи современной биологии. 1976. Т. 81. Вып. 3. С. 341-354.

107. Турпаев К.Т. Активные формы кислорода и регуляция экспрессии генов // Биохимия. 2002. Т.67. Вып.З. С.339-352.

108. Удинцев Г.Н., Бланк В.Б., Кравцов Д.А., Тимесков И.С. Пособие по клинико-лабораторным методам исследований. JL; Медицина, 1968. С. 6870 с.

109. Удовенко Г.В. Солеустойчивость культурных растений. Л, 1977.-175 с.

110. Фридович И. Радикалы кислорода, пероксид водорода и токсичность кислорода // Свободные радикалы в биологии. М.: Мир, 1979. Т.2. С.131-156.

111. Фут X. Фотосенсибилизированное окисление и синглетный кислород // Свободные радикалы в биологии. М.: Мир, 1979. Т.1. С.96-135.

112. Хавинсон В.Х. Баринов В.А., Арутюнян А.В., Малинин В.В. Свободнорадикальное окисление и старение. -С.-Пб.: Наука, 2003. 327 с.

113. Холодов Ю.А. Реакции нервной системы человека на ЭМП. М.: Наука, 1992 - с.137

114. Храпова Н. Г. О взаимозаменяемости природных и синтетических антиоксидантов // Биоантиокислители в регуляции метаболизма в норме и патологии. М.: Наука, 1982. - С. 59-73.

115. Цховребова Л.В., Македонов Г.П. К механизму адаптивного ответа в клетках человека // Радиационная биология. Радиоэкология. 2004. Т. 44. №6. С. 657-661.

116. Часов А.В., Гордон JI.X., Колесников О.П., Минибаева Ф.В. Пероксидаза клеточной поверхности генератор супероксид-иона в корневых клетках пшеницы при раневом стрессе // Цитология. Т.44, №7. С. 691-696.

117. Чевари С., Чаба И., Секей И. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения её в биологических материалах // Лабораторное дело. 1985. Вып. 11. С. 578-681.

118. Чернов Н.Н. Глутатионредуктаза // Белки и пептиды. М.: МГУ, 1995. Т.1. С.245-251.

119. Шоринг Б.Ю., Смирнова Е.Г., Ягужинский Л.С., Ванюшин Б.Ф. Необходимость образования супероксида для развития этиолированных проростков пшеницы

120. Эйдус Л.Х. Мембранный механизм биологического действия малых доз. Новый взгляд на проблему. М.: ИТЭБ РАН, 2001. - 82 с.

121. Abarca D., Roldan М., Martin М., Sabater В. Arabidopsis contains new chloroplastic Cu-Zn SOD isoenzyme // J. Exp. Bot. 2001.Vol.52.P.1417-1425.

122. Allen J. Redox control of gene expression and the function of chloroplast genomes: a hypothesis // Photosynth. Res. 1993. Vol.36. P. 95-102.

123. Allen R., Webb R., Schake S. Use of transgenic plants to study antioxidant defenses // Free Rad. Biol. Med. 1997. Vol.23. №3. P. 473-479.

124. Alscher R.G., Donahue J.I., Cramer C.L. Reactive oxygen species and antioxidants: relationships in green cells // Physiol. Plant. 1997. Vol. 100. P. 224233.

125. Anderson M., Chen Z., Klessig P. Involvement of lipid peroxidation in salicylic acid-mediated induction of PR-1 gene expression // Phitochem. 1998. Vol.47. №4. P.555-556.

126. Arnon D.L., Allen M.B., Whatlv Z.B. Photosynthesis by isolated chloroplasts // Biochem. Biophis. Acta. 1956. Vol.6, №2. P.449.

127. Asada K. The water-water cycle as alternative photon and electron sinks // Phil. Trans R. Lond. 2000. Vol.355. P.1419-1431.

128. Asada K. The water-water cycle in chloroplasts // Annu. Rev. Plant. Physiol. 1999. Vol. 50. P.601-639.

129. Ballinger C., Cueto R., Squadrito G., Coffin J., Velsor L., Pryor W., Postlethwait E. Antioxidant-mediated augmentataion of ozone-induced membrane oxidation. // Free Radical Biology and Medicine. 2005. Vol. 38. P.515-526.

130. Banzet N., Richaud C., Davaeux V., Kazmaier M. Accumulation of small HSP induced oxidative stress in tomato //The Plant J.l998.Vol.13.P.519-527.

131. Baudouin E., Charpenteau M., Ranjeva R., Ranty B. Involvement of active oxygen species in the regulation of a tobacco defence gene by forbol ester // Plant Sci. 1999. Vol. 142. P.67-72.

132. Becana M., Moran J.F., Iturbe-Ormaetxe I. Iron-dependent oxygen free radical generation in plants subjected to environment stress: toxicity and antioxidant protection // Plant and soil. 1998. Vol.3. P.137-147.

133. Belyavskaya N.A. Biological effects due to weak magnetic field on plents // Advances in Space Research. 2004. Vol.34. P. 1566-1574.

134. Berlett B.S., Standtman E.R. Protein oxidation in aging, disease and oxidative stress//J. Biol. Chem. 1997. Vol.272. №33. P.20313-20316.

135. Binhi V.N. Theoretical concepts in magnetobiology // Electro and Magnetobiology. 2001. Vol. 20 (1). P. 43-58.

136. Bonner W.M. Low-dose radiation: thresholds, bystander effects, and adaptive response // PNAS. 2003. Vol. 100. №9. P.4973-4975.

137. Bowler C., Fluhr R. The role of calcium and activated oxigens as signals for controlling cross-tolerance // Trends in Plant Science. 2000. Vol.6. №6. P.241-244.

138. Camp Win Van, Montegu Marc Van. H2O2 and NO: redox signals in disease resistance // Research News. 1998. Vol.3. №9. P.330-334.

139. Casano L. M., Martin M., Sabater B. Sensitivity of superoxide dismutase transcript levels and activities to oxidative stress is lower in mature-senescent than in young barley leaves // Plant Physiol. 1994. Vol. 106. № 3. P. 1063-1069.

140. Casano L.M., Zapata J.M., Martin M., Sabater B. Chlororespiration and poising of cyclic electron transport. Plastoquinone as electron transporter between thylacoid NADH dehydrogenase and peroxidase // J. Biol. Chem. 2000. Vol.275. №2. P.942-948.

141. Chamnongpol S., Willekens H., Moeder W., Langebartels C., Sandermann H., Van Montagu M., Inze D., Van Camp W. Defense activation and enhanced pathogen tolerance induced by H2O2 in transgenic tobacco // PNAS. 1998. Vol.95. P. 5818-5823.

142. Chankova S.G., Kapchina V.M., Stoyanova D.P. Some aspects of the plant radioresistance // Радиационная биология. Радиоэкология. 2000. T.40. №5. С. 535-543.

143. Chen S., Schopfer P. Hidroxil-radical production in physiological reactioons. A novel functions of peroxidase // Eur. J. Biochem. 1999. Vol. 260. P. 726-735.

144. Chen W.P., Li P.H. Chilling-induced Ca2+ overload enhances production of active oxygen species in maize cultured ells: the effect of abscisic acid treatment//Pant, Cell Environ. 2001. Vol.24. P.791-800.

145. Chernicova Т., Robinson J.M., Lee E.H., Mulchi C.L. Ozone tolerance and antioxidant enzyme activity in soybean cultivars // Photosynth. Res. 2000. Vol.64. P. 15-26.

146. Conclin P.L. Vitamin C: a new pathway for an old antioxidant // Tr. Plant Sci. 1998. Vol.3. №9. P. 329-330.

147. 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 // Trends in Plant Science. 2001. Vol.8, №4. P.145-150.

148. Corpas F.J., Palma J.M., Sandalio L.M., Lopes-Huertas F., Romero-Puertas M.C., Barroso J.B. del Rio L.A. Purification of catalase from pea leaf peroxisomes: identification of five different isoforms // Free Radic. Res. 1999. P.235-241.

149. Culter A., Krochko J. Formation and breakdown of ABA. // Trends in Plant Science. 1999. Vol. 4. №12. P. 472-479.

150. Dat J.F., Vandennabeele S., Vranova E., Van Montegu M., Inze D., Van Breusegem F. Dual action of the active oxygen species during plant stress responses // CMLS. 2000. Vol.57. P.779-795.

151. Davies K.J. A protein damage and degradation by oxygen radicals. I. General aspects//J. Biol. Chem. 1987. Vol.262. N20. P.9895-9901.

152. Dean R.T., Fu S., Stocker R., Davies M.J. Biochemistry and pathology of radical-mediated protein oxidation // Biochem. J. 1997. Vol.324. P.l-18.

153. Dolin V.V. Conception for radionuclides natural attenuation within contaminated lands // Proceedings of the First International Conference on Environmental Research and Assessment. Bucharest. 2003. P.96-103.

154. Draper J. Salycilate, superoxide synthesis and cell suicide in plant defense // Tr. Plant Sci. 1997. Vol.2. №5. P.l62-165.

155. Edwards R., Dixon D.P., Walbot V. Plant glutathione S-tansferases: enzymes with multiple functions in sickness and in health // Tr. in Plant Sci. 2000. Vol.3. №6. P. 193-198.

156. Edwards R., Dixon D.P., Walbot V. Plant glutathione S-transferases: enzymes with multiple functions in sickness and in health // Tr. Plant Sci. 2000. Vol.5. N5. P. 193-198.

157. Filek M., Baczek R., Niewiadomska E., Pilipowicz M. Effect of high temperature of Vicia faba roots on the oxidative stress enzymes in leaves Acta Bioch. Polonica. 1997. Vol. 44. №2. P.315-322.

158. Finkel T. Redox-dependent signal transduction // FEBS. 2000.T. 476. P.52-54.

159. Foyer C.H., Lopez-Delgado H., Dat J.F., Scott I.M. Hydrogen peroxide- and glutathione-associated mechanisms of acclamatory stress tolerance and signaling // Physiol. Plant. 1997. Vol. 100. P. 241-254.

160. Foyer C.H., Noctor G. Redox sensing and signaling associated with reactive oxygen in chloroplasts, peroxisomes and mitochondria // Physiol Plant. 2003. Vol.199. P. 355-364.

161. Gullner G., Dodge A. Effect of 'СЬ generating substances on the ascorbic acid and GSH content in pea leaves//Plant Sci.2000.Vol.l54.P.127-133.

162. Habig W. H., Pabst M. V., Jacobi W. B. Duration S-transferases // J. Biol. Chem. 1974. Vol. 249. P. 7130-7135.

163. Hegedus A., Erdei S., Horvath G. Comparative studies of Н2Ог detoxifying enzymes in green and greening barley seedlings under cadmium stress //Plant Sci. 2001. Vol.160. P. 1085-1093.

164. Hirt H. Multiple roles of MAPkinases in plant signal transduction // Tr. in Plant Sci. 1997. Vol. 2. №1. P. 11-16.

165. Hodgson E., Fridovich I. The interaction of bovine erythrocyte superoxide dismutase with hydrogen peroxide: inactivation of the enzyme // Biochemistry. 1975. Vol. 14. P.P. 5294-5298.

166. Horemans N., Foyer C.H., Asard H. Transport and action of ascorbate at the plant plasma membrane // Trends in Plant Science. 2000. Vol. 3. № 6. P. 263-267.

167. Iavata J., Tanaka U. Glutathionereductases "positive" spectro-photometre assayes // Colled. Cresh. Chem. Commun. 1977. Vol. 42. № 3. P. 1086-1089.

168. Iturbe-Ormaetxe I., Escuredo P.R., Arrese-Igor С., Becana M. Oxidative damage in pea plants exposed to water deficit or paraquat // Plant Physiol. 1998. Vol. 116. P. 173-181.

169. Jiang Y., Huang B. Effects of calcium on oxidant activities and water relations associated with heat tolerance in two cool-season grasses // J. of Exp. Botany. 2001. Vol. 52. № 355. P. 341-349.

170. Jimenez A., Hermandez J., Pastori G., del Rio L., Sevilla F. Role of the ascorbate-glutatione cycle of mitochondria and peroxisomes in the senescence of pea leaves //Plant Physiol. 1998. Vol. 118. P. 1327-1335.

171. Kondo S. Altruistic cell suicide in relation to radiation hormesis // Int. J. Radiat. Biol. 1988. Vol. 53. P.P. 95-102.

172. Kosenko E., Kaminsky Yu., Stavrovskaya I., Sirota Т., Kondrashova M. The stimulatory effect of negative air ions and hydrogen peroxide on the activity of superoxide dismutase // FEBS Letters. 1997. Vol. 410. P.P. 309-312.

173. Lamb C., Dixon R.A. The oxidative burst in plant resistance // Annu. Rev. Plant Physiol. Plamt. Mol. Biol. 1997. Vol.48. P.251-275.

174. Larson R. The antioxidants in higher plants // Phytochemistry. 1988. Vol.27. P.969-976.

175. Lednev V.V. On the nature of electromagnetic field interactions with biological systems. R.G. Landes Company: Medical Intelligence Unit, 1994. 59p.

176. Liboff A.R. Interaction between electromagnetic fields and cells. N.Y.: Plenum Press, 1986. 281 p.

177. Liochev S., Fridovich I. On the role of bicarbonate in peroxidations catalyzed by Cu,Zn superoxide dismutase // Free Radical Biology and Medicine. 1999. Vol. 27. P.P. 1444-1447.

178. Lowry O. N., Rosenbrough N. J., Fair A. L., Randall R. J. Protein measurement with the Folin phenol reagent // J. Biol. Chem. 1951. Vol. 193, № 1. P. 265-275.

179. Mackenzie S., Mcintosh L. Higher plant mitochondria // The Plant J. 1999. Vol.11. P. 571-595.

180. Marrs K.A. The functions and regulation of glutathione S-tansferases in plants // Plant Mol. Biol. 1996. Vol. 47. P. 127-158.

181. Mehdy M.C. Active oxygen species in plant defense against pathogens // Plant Physiol. 1994. Vol. 105. №2. P.467-472.

182. Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance // Tr. Plant Sci. 2000. Vol. 7. №9. P. 405-410.

183. Nakano Y., Asada K. Hydrogene peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts // Plant Cell Physiol. 1981. Vol. 22. P. 867-880.

184. Niell S., Burnett E. Regulation of gene expression during water deficit stress // Plant Growth Regulation. 1999. Vol. 29. P. 23-33.

185. Noctor G., Viljovic-Jovanovic S., Foyer C. Peroxide processing in photosynthesis: antioxidant coupling and redox signaling // Phil. Trans. R. bond. B. 2000. Vol. 355. P. 1465-1475.

186. Ohlsson A., Berglang T. Gibberellic acid-induce changes in glutathione metabolism and anthocyannin content in plant tissue // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2001. Vol. 64. P. 77-80.

187. Palatnik J.F., Valle E.M., Carrillo N. Oxidative stress causes ferredoxin-NADP+ reductase solubilization from the thylacoid membranes in methyl viologen-treated plants // Plant Physiol. 1997. Vol.115. №4. P.1721-1727.

188. Papadakis A.K., Roubelakis-Angelakis K.A. The generation of active oxygen species differs in tobacco and grapevine mesophyll protoplasts // Plant Physiol. 1999. Vol. 121. P. 197-206.

189. Pastory G., Foyer Ch. Common components, network and pathways of cross-tolerance to stress. The central role of "redox" and abscisic acid-mediated controls // Plant Physiol. 2002. Vol. 129. P. 460-468.

190. Pastory G.M., Mullineaux P.M., Foyer Ch. Post-transcriptional regulation prevents accumulation of glutathione reductase protein and activity in the bundle sheath cells of maize // Plant Physiol. 2000. Vol.122. P. 667-675.

191. Piquery L., Huault C., Billard J.-P. Ascorbate-glutathione cycle and H202 detoxification in elongating leaf bases of ryegrass: effect of inhibition of glutathione reductase activity on foliar regrowth // Physiol. Plant. 2002. Vol. 116. P. 406-415.

192. Polle A., Dissecting the superoxide dismutase-glutathione-pathway in chloroplast by metabolic modeling/ Computer simulation as a step towards flux analysis // Plant Physiol. 2001. Vol. 126. P. 445-462.

193. Price A., Tailor A., Ripley S., Griffiths A., Trewavas A., Knight M. Oxidative signals in Tobacco increase cytolic calcium // The Plant Cell. 1994. Vol.6. P. 1301-1310.

194. Purvis A.S., Shewfelt R.L., Gegogeine J.W. Superoxide production by mitochondria isolated from green bell pepper fruit // Physiol. Plant. 1995. Vol. 94. P. 743-749.

195. Ryter Stefan W., Tyrrell Rex M. Singlet molecular oxygen: a possible effectors of eucaiyotic gene expression // Free Radical Biology and Medicine. 1998. Vol.24. №9. P.1520-1534.

196. Sandmann G., Molecular evolution of carotinoid biosynthesis from bacteria to plants // Physiol. Plant. 2002. Vol. 116. P. 431-440.

197. Scandalios J.G. Molecular genetics of superoxide dismutases in plants // Oxidative stress and the molecular biology of antioxidant defenses / ed. J.G. Scandalios. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1997. - P. 527568.

198. Scioli J.R., Zilinkas B.A. Cloning and characterization of a cDNA encoding the chloroplastic copper/zinc superoxide dismutase from pea // PNAS. 1998. Vol. 85. P. 7661-7665.

199. Sert C., Akdag M.Z., Bashan M., Buyukbayram H., Dasdag S. ELF magnetic field effects on fatty-acid composition and reproduction on rats testes // Electromagnetic Biology and medicine. 2002. Vol. 21 (1). P. 19-29.

200. Shikanai Т., Takeda Т., Yamauchi H., Sano S., Tomizawa K.-I., Yokota A., Shigeoka S. Inhibition of ascorbate peroxidase under oxidative stress in tobacco having bacterial cataase in chloroplasts // FEBS Letters. 1998. Vol. 428. P. 47-51.

201. Standtman E.R. Oxidation of free amino acids and amino acid residues in proteins by radiolysis nd by metal-catalyzed reaction // Annu. Rev. Biochem. 1993. Vol. 62. P. 797-821.

202. Stevens R., Creissen G., Mullineaux Ph. Clonning and characterization of a cytosolic glutation reductase cDNA from pea and its expression in response to stress // Plant Mol. Biol. 1997. Vol. 35. P. 641-654.

203. Suzuki Y.J., Forman H.J. Sevanian A. Oxidants as stimulators of signal transduction // Free Rad. Biol. Med. 1997. Vol. 22. N1/2. P. 269-285.

204. Tang Y., Chevone B.I., Hess J.L. Ozone-responsive proteins in a tolerant and sensitive clone of white clover (Trifolium repens) // Environ. Poll. 1999. Vol. 104. P. 89-98.

205. Vansuyt G., Lopez F., Inze D., Briat J.-F., Fourcroy P. Iron triggers a rapid induction of ascorbate peroxidase gene expression in Brassica napus // FEBS Letters. 1997. Vol. 410. P.P. 195-200.

206. Veselov A., Polovinkina E., Kurganova L., Sinitsina J., Chernisheva

207. Wang C., Jarlfors U., Heldebrand D. Regulation and subcellular localization of auxin-induced lipoxygenases // Plant Science. 1999. Vol. 148. P. 147-153.

208. Wang C., Jarlfors U., Hildenbrand D.F. Regulation and subcellular localization of auxin-induced lipoxygenases // Plant Sci. 1999. Vol. 148. P. 147153.

209. White D.A., Zilinscas B.A. Nucleotide sequence of a complementary DNA encoding pea cytolic copper/zinc superoxide dismutase // Plant Physiol. 1991. Vol. 96. P. 1391-1392.

210. Wojtaszek P. Oxidative burst: an early plant response to pathogen infection // Biochem. J. 1997. Vol. 322. P. 681-692.

211. Yaena Т., Saito В., Katsuki Т., Iba K. Ozone-induced expression of the Arabidopsis FAD7 gene requires salicylic asid, but not NPR1 and SID2. // Plant Cell Physiol. 2006. Vol. 47. P. 355-362.

212. Zaka R., Vandecasteele C.M., Misset M.T. Journal of Experimental Botany. 2002. V. 53. №376. P.P. 1979-1987.

Информация о работе

Половинкина, Елена Олеговна
кандидата биологических наук
Нижний Новгород, 2007
ВАК 03.00.12

Диссертация

Состояние системы перекисного гомеостаза хлоропластов гороха в условиях слабого воздействия физических факторов различной природы - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы