Введение к работе
Актуальность темы. Интерес, проявляемый в настоящее время к окислительному метаболизму жирных кислот в растениях, объясняется в значительной степени большими успехами, достигнутыми в исследовании простагландинов, лейкотриенов, липоксинов, тром-боксанов и других оксигенированных С20-жирных кислот, получивших групповое название "эйкозаноиды". Эти соединения синтезируются в тканях животных и относятся к классу так называемых "внутриклеточных гормонов", обладающих высокой биологической активностью.
В последнее десятилетие в литературе появились сообщения об обнаружении простагландинов и родственных им соединений в растительном царстве. Однако, значительное число сообщений подобного рода отличается недостаточностью экспериментального обоснования содержащихся в них выводов или отсутствием подтверждения.
Для оценки целесообразности поиска эйкозаноидов в растениях необходимо принимать во внимание относительную распространенность различных полиеновых жирных кислот в растительных тканях. Преобладающая часть имеющихся литературных данных свидетельствует о том, что цветковые растения не содержат арахи-доновой и эйкозапентаеновой кислот, а ив-эйкозатриеновая кислота содержится в них в очень малых количествах. В этой связи участие эйкозаноидов как класса биорегуляторов в системе эндогенной регуляции у цветковых растений представляется маловероятным.
Для растений более характерны ненасыщенные кислоты окта-деканового ряда. В настоящее время в растениях обнаружен набор ферментов, осуществляющих целый каскад реакций превращения 18--углеродных жирных кислот, приводящих к образованию широкого спектра различных оксигенированных продуктоз, в том числе таких признанных регуляторов, как травматиновая и жасмоновая кислоты.
В то же время, несмотря на обилие посвященных данной теме работ, до сих пор не существует целостной картины путей метаболизма С,а-полиеновых кислот и достаточного количества данных об их роли в высших растениях. Последнее обстоятельство объясняется следующими причинами:
во-первых, большим разнообразием ферментативных систем окислительного метаболизма жирных кислот в различных видах и тканях растений, многие из которых просто не изучались;
во-вторых, некоторые из известных путей метаболизма изучены, не полностью,'и велика вероятность обнаружения новых продуктов этих метаболических путей;
в-третих, требуют объяснения механизмы образования ухе известных продуктов окислительного метаболизма жирных кислот растений;
в-четвертых, большой интерес представляет роль продуктов окскгенированйя жирных кислот растений в клеточном метаболизме.
Цель и задачи исследования. Основная цель настоящего исследования заключалась в изучении путей окислительного метаболизма ot-линоленовой и линолевой кислот в различных видах высших растений. Для достижения.цепи были определены следующие задачи:
выделение и идентификация основных метаболитов, образующихся при инкубациях экзогенных линолевой и ct-линоленовой кислот с различными растительными объектами in vitro;
выяснение природы ферментативных систем, контролирующих наблюдаемые метаболические превращения;
изучение влияния различных факторов СрН, концентраций и т. п.5 на протекание процессов метаболизма жирных кислот.
Научная новизна. 1. Впервые изучен метаболизм ct-линоленовой кислоты в клубнях картофеля. Обнаружено, что основным направлением ее метаболизма, как в присутствии частично очищенной лшгоксигеназы, так и в гомогенате клубней картофеля, является .двойное диоксигенирование с образованием дигидроперокси- и гидрокси-гидропероксикислот, содержащих структуру сопряженного триёна. Выделены и идентифицированы неизвестные ранее продукты двойного гидропероксидирования - 9-оксо-16-гидроСперо)кси--10СЮ,12С2),14СЕ)-октадекатриеновая и 9С5>Э-гидроСперо)кси-16--OKCo-lOCD,12CZ),14СЕ)-октадекатриеновая кислоты.
2. В результате изучения дегидразного пути метаболизма гидроперекисей жирных кислот растений в гомогенате проростков пшеницы и в экстрактах ферментов из ацетоновых порошков льна и кукурузы были значительно дополнены представления о механизме образования ранее известных продуктов - а- и у-кетолов. Предложен и получил подтверждение электрофильный механизм гидроли-
за окисей алленов, приводящий к образованию r-кетолов. Обнаружен неизвестный ранее продукт этого метаболического пути -11-гидрокси-12-оксо-9(2),15(2)-октадекадиеновая кислота, образование которого так же, как и образование r-кетола, объясняется кислотным механизмом гидролиза окиси аллена.
3. Обнаружено свойство липоксигеназ диоксигенировать субстраты с 3(2)-бутен-1-онил функцией вместо обычной 1CZ),4CZ)t пентадиенильной. Впервые обнаружены и идентифицированы продукты гидропероксидирования о(-кетолов:. 9-гидроперокси-12-оксо-13--гидрокси-ЮСЮ-октадеценовая, 9-гидроперокси-12-оксо-13-гидр--окси-10СЭ,15Сг)-октадекадиеновая и 9-гидрокси-10-оксо-13-ги-дроперокси-НСЕ) ,15(2)-октадекадиеновая кислоты. Практическая ценность результатов. Работа имеет практический интерес, так как известно, что ряд оксигенированных жирных кислот, выделенных из растительных тканей, обладают биологической активностью и участвуют в защите растений от паразитов и регуляции метаболизма растений. Кроме того, некоторые продукты окислительной деградации жирных кислот растений обладают даже в небольших концентрациях сильным запахом и вкусом, и их присутствие часто нежелательно в пищевых продуктах. Не исключено, что обнаруженные нами метаболиты также могут вносить вклад во вкусовые качества пищи.
Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на итоговых научных конференциях КНЦ АН СССР (Казань, 1988-1991), 1-ом Всесоюзном рабочем совещании по растительным липидам (Казань,. 1989), 8-ом (Будапешт, 1988) и 9-ом (Уай, Англия, 1990) Международных симпозиумах по биохимии растительных липидов, на научных семинарах в Делийском университете и Университете Джава-харлала Неру (Дели, Индия, 1990), 1-ой Всесоюзной конференции по биохимии и физиологии растительных липидов (Казань, 1991). Публикации. Основное содержание работы отражено в 5 опубликованных работах. Одна работа находится в печати. Обьем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, содержащих: I - обзор литературы; II - описание объектов и методов; III - результаты исследования и их обсуждение, а также заключения и выводов. Работа изложена на 162 страницах, содержит 35 рисунков, 7 таблиц и 1 приложение. Список цитируемой литературы содержит 177 источников. .