Основные и вспомогательные системы антиоксидатной защиты растений.

В выведении свободных радикалов и радикальных форм антиоксидантов главную роль играют системы естественной детоксикации. Защита от повреждающего действия АФК, СР осуществляется на всех уровнях организации: от клеточных мембран до организма в целом.Антиоксидантная система тканей представлена:1. ферментными антиоксидантами: каталазой, пероксидазами,супероксиддисмутазой, глутатионредуктазой;2. низкомолекулярными компонентами: аскорбиновой кислотой, низкомолекулярными S-H соединениями, флавоноидами, витаминами А, Е, К, убихиноном;3. макромолекулярными неферментативными компонентами: белком-переносчиком железа – трансферрином и др.;

По механизму действия антиоксиданты можно разделить на:

1. «мусорщиков», которые очищают организм от всех свободных

радикалов, чаще всего восстанавливая их до стабильных неактивных продуктов;2. «ловушки» – антиоксиданты, которые имеют сродство к какому-то определенному свободнорадикальному продукту (ловушки синглетного кислорода, гидроксил-радикала и т.д.). Ловушки часто используют для уточнения механизма свободнорадикальной реакции;3. антиоксиданты, обрывающие цепи, – вещества, молекулы которых более реакционноспособны, чем их радикалы. Чаще всего это фенолы, которые легко отдают свои электроны, превращая радикал, с которым они прореагировали, в молекулярный продукт, а сами при этом превращаются в слабый феноксил-радикал, который уже не способен участвовать в цепной реакции.

Рассмотрим более подробно особенности основных ферментов, являющихся компонентами системы антиоксидантной защиты живых организмов.

а. Каталаза

Каталаза является двухкомпонентным Fe-порфириновым ферментом, состоящим из белка и соединенной с ним активной группой, которая содержит гематин, представляющий собой окисленную простетическую группу гемоглобина крови. Активная группа каталазы соединяется с белком своими карбоксилами. Различия разных каталаз обусловлены различиями в составе или структуре белка, сейчас обнаружено до 5 изоферментов.Сущность каталитического действия каталазы состоит в разложении перекиси водорода с выделением молекулярного кислорода. Реакция с участием каталазы требует двух молекул перекиси, из которых одна действует как донор, а другая как акцептор электронов.

2 Н2О2 → 2 Н2О,

FeOH + HOOH → FeOOH + H2O, FeOOH + HOOH → FeOH + H2O + O2.

В живой клетке основными поставщиками перекиси водорода являются флавопротеидные ферменты, которые сами не способны разлагать перекись.

б. Пероксидаза

Пероксидазы (ЕС 1.11.17) включают группу ферментов, использующих в качестве окислителя пероксид водорода. К ним относятся: НАДН-пероксидаза, НАДФН-пероксидаза, глутатион-пероксидаза, гваякол-пероксидаза, аскорбат- пероксидаза и др.

Пероксидазы способны восстанавливать перекись водорода до воды,

окисляя при этом различные соединения. Они катализируют следующую реакцию:

АН2 + Н2О2 → А + 2Н2О

Пероксидаза является двухкомпонентным ферментом – гемпротеином,

содержащим в простетической группе железопорфирин.

В основе механизма действия пероксидазы лежит ее способность вступать во взаимодействие с перекисью водорода с образованием промежуточных комплексов, которые обладают различными спектральными характеристиками.Этот фермент в разных изоформах присутствует практически во всех клеточных компартментах, включая и клеточную стенку.

в. Супероксиддисмутаза

Супероксиддисмутаза (СОД, ЕС 1.15.1.1) – широко распространенный в природе фермент, он обязательно присутствует у всех аэробных организмов, а также найден у некоторых анаэробных бактерий. Супероксиддисмутаза катализирует реакцию восстановления супероксид-радикала до пероксида водорода:

2О -2+ ·О -+ 2Н+→ H2O2 + O2

АФК находятся во всех клетках, потребляющих кислород. Скоростьреакции чрезвычайно высока и лимитируется только скоростью диффузии О2 .Каталитический цикл ферментов этой группы включает восстановление и окисление иона металла на активном центре фермента. Супероксиддисмутаза осуществляет инактивацию радикалов кислорода, которые могут возникнуть в ходе биологических реакций переноса электронов или при воздействии металлов с переменной валентностью, ионизирующего, ультрафиолетового излучения, ультразвука, гиперборической оксигенации, различных заболеваниях.

г. Глутатионредуктаза

Глутатионредуктаза (ГР, ЕС 1.6.4.2) является важным ферментом системы антиоксидантной защиты растений. Она катализирует восстановление

окисленного глутатиона при участии НAДФH+H+ в глутатион-аскорбатном цикле.

ГР у растений имеет 4 изоформы, которые ассоциированы с разными клеточными компартментами. Наибольшее количество этого фермента ассоциировано с хлоропластами, но также выявлены изозимы в цитозоле и митохондриях.

Пероксид водорода, возникающий при восстановлении супероксид радикала, разрушается в цитоплазме, хлоропластах и мембранах глиоксисом с участием аскорбатпероксидазы. При этом происходит окисление аскорбата:

2H2О2 + аскорбат → дегидроаскорбат + 2H2О + О2.

Дегидроаскорбат восстанавливается аскорбатредуктазой с участием восстановленного глутатиона (ГSH):

2ГSH + дегидроаскорбат → ГSSГ + аскорбат.

В свою очередь, окисленный глутатион (ГSSГ) регенерируется глутатионредуктазой путем НАДФН (Н+)-зависимого восстановления:

ГSSГ + НАДФН + Н+ → 2ГSH + НАДФ+.