Реферат на тему: Катаболизм и стресс у растений

Введение

"В организмах совершается не только процесс создания, т.е. питания и роста, но, рука об руку с ним, идет процесс разрушения и выделения".

"Организм не ассимилирующий теряет в весе, - этим обнаруживается его разрушение; но оно идет и одновременно с ассимиляцией, о чем мы судим по продуктам выделения. Без этого процесса разрушения невозможны проявления жизни. Жизненная деятельность находится, разумеется, в известных пределах, в прямом отношении с этим процессом разрушения. Чем энергичнее трата, тем энергичнее жизненная деятельность. Только совокупность двух процессов, созидания и разрушения, характеризует живое тело. Организм живет только пока разрушается".

К.А. Тимирязев

Обмен веществ слагается из множества одновременно протекающих реакций, среди которых можно выделить два важнейших противоположно направленных процесса: анаболизм и катаболизм - синтез и деструкция. В данном реферате мы рассмотрим различные аспекты катаболитических процессов наблюдаемых у растений при стрессе.

Большинство современных исследований направлено на изучение синтетических процессов, что определяется не только их очевидной важностью, но и появлением и совершенствованием эффективных методов исследования, таких, как радиоактивные индикаторы, хроматография, электрофорез и т.д.

Изучение катаболизма биополимеров и липидов сопряжено с гораздо большими трудностями, чем их синтеза. Например, если поставлена задача изучения метаболизма определенного белка, то его необходимо "подметить" с помощью того или иного изотопа, ввести белок в заданный компартмент клетки и затем прослеживать за особенностями его превращения.

Проведение всех трех операций связано со значительными трудностями. Это главным образом и предопределяет неизмеримо меньшее число публикаций, посвященных процессам катаболизма биополимеров и липидов.

Другая причина - недооценка функциональной роли процессов деградации сложных соединений. Сейчас существует мало публикаций где реакции клеточного метаболизма представлены в виде трех функциональных блоков - катаболизма, анаболизма, а также роста и дифференцировки. [2, стр.8].

Оглавление

- 1. Введение...............................................................................................................3

- Значение и функции катаболизма для растения

- Биогенный стресс и катаболизм

- 4. Заключение.........................................................................................................20

- 5. Список литературы............................................................................................25

Заключение

Уже давно внимание биологов и медиков привлекало интереснейшее явление: в результате действия экстремальных условий, изоляции или отмирания растительных или животных тканей образуются вещества, способные действовать на здоровые клетки и ткани, их рост и развитие, устойчивость и т.д. К ним можно отнести и "раневые гормоны" и "некрогормоны", существование которых было постулировано в начале нашего века Г. Габерляндтом [2, стр.122]. Не вызывает сомнений, что среди этих веществ имеются продукты распада сложных соединений. Некоторые из них способны выделяться в окружающую среду и оказывать действие на другие организмы в экосистемах[4, стр.197].

Рассмотрение особенностей катаболизма биополимеров и липидов в растениях в условиях стресса оказалось сложной задачей, причем не столько из-за избытка, сколько из-за недостаточности сведений, касающихся многих промежуточных этапов деградации этих соединений. Значительная часть литературы посвящена ферментам, катализирующим главным образом, стартовые реакции процессов катаболизма. Хорошо изучены и реакции дальнейшего превращения образующихся при деградации мономерных продуктов. В то же время весьма немногочисленны результаты исследований промежуточных (например, олигомерных) продуктов, их структуры, характера дальнейших превращений, биологической активности и механизма их действия на обмен веществ клеток, что объясняется как методическими трудностями, так и недостаточным вниманием физиологов и биохимиков растений к этой важной области метаболизма.

Можно считать доказанным, что интермедиаты катаболизма биополимеров и липидов играют большую роль в работе сложного регуляторного механизма клетки и в коррекции метаболизма в соответствии с изменившимися условиями, в частности в формировании ответной реакции клеток растений на действие различных стрессоров[4, стр.198].

Необходимо иметь в виду, что сведения о роли продуктов катаболизма в регуляции обмена веществ получены на основании изучения действия экзогенных соединений. Однако нельзя считать, что реакция клеток на эти соединения будет тождественна реакции на их появление или повышение содержания в том или ином компартменте внутри клеток. Более того, представляется вероятным, что клетка реагирует на многие экзогенные биополимеры и липиды и продукты их деградации как на "обломки кораблекрушения", как на сигналы тревоги, идущие от разрушенных или находящихся в состоянии сильного стресса соседних клеток. Эти органические соединения, взаимодействуя с поверхностью клеточной мембраны, вызывают ее включение в цепь усиления сигнала тревоги, состоящую из различных вторичных посредников (в том числе упоминавшихся в предыдущих разделах). По всей вероятности, на внешней стороне плазмаллемы имеются разнообразные рецепторы, с которыми способны связываться вышеупомянутые "обломки кораблекрушения". Можно предполагать, что это реликтовые формы конструкций, с помощью которых осуществлялось получение информации об изменениях гуморальной обстановки вокруг клетки. Некоторые из этих рецепторных конструкций совершенствовались в ходе эволюции многоклеточных высших растений и стали играть роль специализированных высокоэффективных рецепторов гормонов. За другими могла сохраниться изначальная функция взаимодействия с достаточно сложными органическими соединениями (индукторами защитных реакций, в особенности против патогенов), но само появление этих соединений в окружающей здоровую клетку среде приобрело значение неблагополучия, сигнала тревоги. Судя по имеющимся данным, клетка воспринимает различные экзогенные соединения как знак тревоги при значительно меньших концентрациях, по сравнению с теми же веществами эндогенного происхождения[4, стр.199].

Имеются основания считать, что растительные клетки обладают сходной системой коррекции метаболизма. Если принять это положение, то необходимо дополнить схему, приведенную на рис. 1 (отражающую роль промежуточных продуктов катаболизма как эндогенных регуляторов внутри тех клеток, где они образовались), фрагментом, объясняющим роль этих продуктов в качестве экзогенных эффекторов метаболизма для других клеток (рис. 4). Этот фрагмент включает взаимодействие с рецепторами клеточной мембраны и участие систем вторичных посредников в передаче сигналов в генетической аппарат.

В большинстве случаев имеется информация о действии на функции клеток лишь одного из промежуточных продуктов катаболизма, реже в сочетании с уже хорошо изученным "метаболическим репером", например ауксином. В то же время необходимо учитывать сложность влияния на обмен веществ клеток совокупности образующихся при катаболизме сигнальных молекул, изменения их набора или соотношения концентраций. Например, при изучении образования фитоалексинов растениями под влиянием патогенного гриба Phytophtora infestans. Оказалось, что элиситорная активность продуцируемых грибом арахидоновой и эйкозапентаеновой кислот значительно повышалась в присутствии водорастворимых b-1,3-глюканов, тоже появляющихся в результате взаимодействия патогена и хозяина. Это позволяет говорить о взаимной корректировке (в данном случае усилении) биологического действия продуктов катаболизма различных классов биополимеров и липидов[4, стр.199].

Рис. 4. Схема действия некоторых органических (сигнальных) веществ, освобождаемых поврежденной или находящейся в состоянии сильного стресса клеткой, на соседние клетки

В одном из своих выступлений академик А.Л. Курсанов сравнил проблему регуляции функций растений с горной вершиной, которую предстоит покорить и только у подножия которой находятся исследователи.

В настоящей работе предпринята попытка, используя данные, полученные из различной литературы, показать, что в покорении вершины регуляции имеется еще один перспективный путь - изучение промежуточных продуктов катаболизма биополимеров и липидов, их биологической активности и механизмов их действия на физиолого-биохимические процессы.

Разнообразие и высокая специфичность ферментов, отвечающих за реакции деградации биополимеров и липидов, обнаруживаемые в последнее время тонкие механизмы регуляции активности этих ферментов или ферментных систем, все большая информация о биологической активности образующихся соединений позволяют считать, что направленное исследование роли промежуточных продуктов катаболизма в регуляции анаболических процессов и связанных с ними функций растений Должно привести в ближайшие годы к новым интересным результатам.

Многие из этих физиологически активных продуктов найдут применение в сельском хозяйстве, медицине и биотехнологии как активаторы или ингибиторы в качестве самостоятельных препаратов или в комплексе с другими, уже применяющимися соединениями[4, стр.199].

Список литературы

1. Войников В.К., Иванова Г.Г. Физиологический стресс и регуляция активности генома клеток эукариотов // Успехи соврем, биологии. 1988. Т. 105, № 1. С. 3-14.

2. Дин Р. Процессы распада в клетке. М.: Мир, 1981. 120 с.

3. Заленский О.В. Эколого-физиологические аспекты изучения фотосинтеза. Л.: Наука, 1977. с.57-60 (Тимирязевские чтения).

4.Ильинская Л.И., Васюкова Н.И., Озерецковская О.Л. Биохимия аспекты индуцированной устойчивости и восприимчивости растений М.: 1991 с. 197-199 (Итоги науки и техники. Защита растений; Т. 7).

5. Курсанов А.Л. Взаимосвязь физиологических процессов в растении. М.: Издательство АН СССР, 1960. с.44-45 (20-е Тимирязев. чтение).

6.Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. Т. 1. 328 с.

7. Вознесенский В.Л. Фотосинтез и дыхание растений в разных условиях среды // Фотосинтез и продукционный процесс / Под ред. А.А. Ничипоровича. М.: Наука, 1988. С. 132-137.

8. Блехман Г.И., Шеламова Н.А. Синтез и распад макромолекул в условиях стресса // Успехи соврем, биологии. 1992. Т. 112, № 2. С. 281-297.

9. Бурлакова Е.Б., Хохлов А.П. Изменение структуры и состава липидной фазы биологических мембран при действии синтетических антиоксидантов: Влияние на передачу информационного сигнала на клеточном уровне // Биол. мембраны. 1985. Т. 2, № 6. С. 557-562.