Роль ферментативних антиоксидантів при окисному стресі

Размещено на http://www.allbest.ru/

• ЗМІСТ
• ВСТУП
• 1. Морфо-фізіологічні зміни деревних рослин за атмосферного забруднення сучасних міст
• 2. Особливості функціонування фотосинтетичного апарату за різних умов існування (диплом Таня)
• 3. Роль ферментативних антиоксидантів при окисному стресі
• 3.1 Роль супероксиддисмутази в пристосуванні рослинних організмів до стрес-факторів
• 3.2 Пероксидаза: будова та функції
• 3.3 Каталаза. Реакція ензиму рослинних організмів на зовнішні впливи

Висновки

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

ВСТУП

Стан оточуючого середовища міст України на даний час потребує переходу до інтенсивних методів запобігання його забруднення, зокрема до розробки біологічних методів очистки. Одним з них є зелені насадження - потужна, безперебійно діюча очисна система з газопоглинальними й пилозахисними функціями у поєднанні зі збагаченням середовища киснем і фітонцидами (Бессонова, 1999).

Збереження деревної рослини, що існує, утворення нових стійких декоративних міських насаджень, з високими санітарно-гігієнічними властивостями, збільшення їх довговічності є актуальними задачами сучасності. Необхідність їх рішення на науковій основі визначається нестачею досліджень біоекологічних особливостей деревних рослин, що зростають в озеленювальних посадках міста Дніпропетровська, а також тенденцією постійного зростання дії антропогенних чинників на деревні насадження в цих умовах. Досліджень по виявленню впливу токсикантів на біоекологічні особливості берези повислої, айланту височайшого зростаючих у міських посадках, у Дніпропетровському районі раніше не проводились.

Деревні насадження у містах призначені затримувати і знешкоджувати токсичні викиди, тобто бути біологічними фільтрами (фітофільтрами). Однак рослини самі сильно ушкоджуються токсичними речовинами, що знаходяться в оточуючому середовищі. Особливо великі збитки наносять забруднювачі міським при магістральним насадженням. Вони раніше старіють, спотворюється їх крона, передчасно жовтіють і опадають листки.

Важливими екологічними факторами міського середовища є: порушене в результаті робіт будова ґрунту, його підвищена лужність, низька водоутримна здатність, забрудненість середовища токсикантами, більшу частину яких складають вихлопи автотранспорту та викиди промислових підприємств. Ксенобіотики мають здатність швидко нагромаджуватись в оточуючому середовищі (завдяки широкому використанню в різних галузях промисловості) та їх висока токсичність (Платонова, Костишин, 2000; Клеточные…, 2003; Барабой, Сутковой, 1997). Встановлено, що вони гальмують ріст, порушують фізіологічні процеси, сприяють утворенню активних форм кисню, які індукують перекисне окиснення ліпідів (ПОЛ).

До систем захисту організму від ушкоджень внаслідок ПОЛ належать ферменти, які знешкоджують вільні радикали і пероксиди: супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, різноманітні пероксидази (Клеточные…, 2003; Бараненко, 2002). Фізіологічна антиоксидантна система забезпечує підтримання гомеостазу при дії різних екстремальних факторів, в тому числі й викидів автотранспорту й промисловості.

При цьому великий інтерес викликає і стан фотосинтетичних зелених пігментів (хлорофіли а та b), вміст яких може слугувати своєрідним стресовим маркером.

У зв'язку з вище викладеним метою даної роботи було з'ясування зміни вмісту хлорофілів та ролі антиоксидантних ферментів-детоксикаторів активних форм кисню у адаптації деревних порід до антропогенного забруднення.

Для досягнення поставленої мети необхідно було виконати наступні завдання:

1. Дослідити вплив антропогенного забруднення на інтенсивність накопичення зелених пігментів у деревних порід.

2. Визначити стан ферментів антиоксидантного захисту: супероксиддисмутази, каталази та пероксидази у рослин за дії стресових факторів.

1. Морфо-фізіологічні зміни деревних рослин за атмосферного забруднення сучасних міст

атмосферний забруднення рослинний фотосинтетичний

Атмосферне повітря є життєво необхідним компонентом навколишнього природного середовища, невід'ємною частиною місця існування людини, рослин та тварин. Саме тому однією з найважливіших проблем України та всього світу є забруднення атмосферного повітря. Негативна тенденція зміни атмосферного забруднення спричинює пригнічення або загибель рослин і навіть цілих природних фітоценозів, що веде за собою незворотні процеси погіршення стану флори та фауни і безпосередньо самої людини (Анисимова и др., 2000; Дзюба и др., 1999, 2001). Тривалість життя дерев в містах і промислових зонах скорочується в порівнянні з умовами лісу в 5-8 разів (липа в лісі живе 300-400 років, а в місті - 50 років) (Артамонов, 1986; Вронський, 1996).

Особливої уваги потребують деревні рослини, які використовуються не тільки як джерело деревини та не деревних ресурсів, а насамперед виконують ґрунтозахисну, гідрологічну, санітарно-гігієнічну та рекреаційну функції. Вони є важливим компонентом біогеоценозу, що забезпечує життєдіяльність інших біотичних компонентів. Будь-яка зміна рослинності під дією різноманітних факторів навколишнього середовища впливає на стан біоценозу в цілому. Рослинність під час дії забрудників, стає чутливішою до пошкоджень комахами, вірусних та грибкових хвороб (Виноградова, 2010). Так, відомо, що у разі тривалої дії промислового пилу на лісові екосистеми відбуваються суттєві зміни компонентів лісового середовища та значне ослаблення деревостанів. Вплив полютантів на репродуктивну сферу деревних рослин проявляється порушенням процесів поділу і диференціації клітин, змінами розвитку структур на ранніх стадіях морфогенезу, розширенням спектру аномалій, зниженням фертильності пилку, порушенням проростання насіння (Федорков, 1992).

Збільшення концентрації важких металів у ґрунті та повітрі призводить до їх нерівномірного накопичення в органах рослин, що негативно впливає на ріст, розвиток, морфологію та фенологічний ритм (Manning, Feder, 1980).

При забрудненні повітря відмічають порушення феноритмів росту та розвитку рослин, прискорення процесів старіння організмів (Беляева, Николаевский, 1989; Бухарина и др., 2007; Лянгузова, 1998, 1999), в тому числі прискорення початкових фаз розпускання бруньок, появи листків, початку цвітіння у деревних рослин та пожовтіння листків. При цьому часто скорочуються терміни вегетації, хоча листопад може закінчуватися в ті самі терміни, що і в незабрудненому середовищі.

Досліджено, що промислові гази в діапазоні концентрацій від 1 ГДК і вище спричиняють некрози на листках та хвоїнках, знижують лінійний приріст пагонів, кількість та розміри асиміляційних органів, площу, сиру та суху маси листків однорічних пагонів, зменшують вік хвої у хвойних порід, прискорюють всихання нижніх гілок у насадженнях та скорочують термін життя дерев (Артманов, 1986; Аугустайтис, 1992; Лутова, 2000; Лязгунова та ін., 1999). На рівні цілого організму відбуваються зміни структури, форми та розмірів крони (Афанасьєва, 2005).

В умовах забруднення атмосфери відмічають різноманітні відхилення від нормального ходу онтогенезу, що призводить до низької життєздатності рослин. До порушень такого характеру відносять уповільнений розвиток на початкових етапах онтогенезу. Більш суттєві зміни звичайного ходу онтогенезу в умовах міста проявляються у дерев на ранніх стадіях розвитку. Так, у Pinys sylvestris L. відмічають раннє гальмування росту головної осі, загальне пригнічення ростових процесів, посилення галуження за рахунок активізації латеральних меристем, що призводить до формування крон нетипових для даних вікових груп. До числа морфогенетичних реакцій сосни, яка росте в урбанізованому середовищі, відносять: гальмування лінійних та радіальних приростів і їх тривалу стабілізацію, посилення діяльності бічних меристем і переважання симподіального типу наростання, ускладнення галуження, передчасну перебудову внутрішньокронних зв'язків тощо. При цьому хід морфогенезу співпадає з вектором ходу формотворчих процесів, характерних для старіння, внаслідок чого виникає невідповідність календарного і онтогенетичного віків (Драган, 2008). Під час надходження забруднюючих речовин до рослинного організму відбувається ерозія епікулярного воску, який має захисне значення та зменшується площа хвої вкритої воском (Морозюк, 2005).

На вплив атмосферного забруднення детальніше досліджені зміни листків деревних рослин, ніж зміни інших вегетативних органів (гілок першого року, міжвузлів і ін.) (Holub, Ostrolucka, 1993; Konskinska-Pajak, 2002; Махнева, 2005). Так, у Tilia cordata Mill. середня довжина вегетативних органів була мінімальною на головній магістралі міста, особливо там, де транспортне навантаження було надзвичайно інтенсивним. Показано пряму залежність динаміки накопичення токсикантів, в тому числі важких металів, в листках Betula pendula Roth. в умовах міста, транспортних магістралей і рекреаційних зон від рівня забруднення ґрунту.

Виявлено вибірковість реакцій різних видів рослин на різні агенти забруднення: наприклад листки Ulmus laevis Pall. накопичують більше заліза, ніж листки інших видів Fraxinus excelsior L., Acer negundo L., Syringa josikaea Jacq. Листки Acer negundo L. більш за інші види накопичують стронцій. Різні види дерев характеризуються різною здатністю накопичувати в листках поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ) і сполуки важких металів (ВМ). Так, в листках Tilia euchlora C. Koch більше накопичують ПАВ і ВМ, ніж в листках Pyrus calleryanna однакових розмірів (Czapik et al., 2002; Jouraeva et al., 2002).

У період вегетації відбувається постійне накопичення ВМ в різних органах рослин. Так, найбільшу концентрацію заліза, міді, цинку, свинцю та кадмію у Silene subconica Friv. виявлено в корі кореня, в нижніх частинах стебла і нижніх листках. У деревних порід сполуки ВМ більше накопичуються в кореневій системі, ніж в корі та листках (Cai, Cresti, 1999).

При вивченні формування надземної і підземної фітомас видів роду Larix Mill. виявлено, що адаптаційна лабільність і стійкість видів до екстремальних умов зростання (у горах Уралу) проявляються і в його стійкості до чинників інтенсивного техногенного забруднення (Кавеленова и др., 1996). Це спричинює ослаблення соснових деревостанів фторвмістними викидами, призводить до зменшення в хвої кількості калію, марганцю, цинку, фосфору і кислоторозчинних фракцій (Влияние..., 2004).

Встановлено, що в умовах забруднення число тичинок у квітках часто редуковане у таких видів як Delphinium scaposum L., Silene alba L., Lathyrus odoratus L., Impatiens balsamina L., тоді як у інших видів число тичинок у квітці збільшене (Бессонова, Лыженко, 1991). При техногенному забруднення в мікростробілах видів роду Pinus L. виявлені ознаки пригнічення і підвищеної мінливості будови і числа мікроспорофілів (Кулагин, Шагиева, 2005).

З'ясовано, що на ранніх стадіях морфогенезу особливо чутливими э пиляки. У разі забруднення повітря виділеннями металургійних заводів (головним чином сполуками заліза та міді), у деяких рослин помітні недорозвинення або абортивність пиляків. За накопиченням ВМ у квіткових бруньках спостерігається порушення мейозу, стерильність пилкових зерен і зміна їх розмірів (Бессонова, 1994; Бессонова и др., 1997).

При забрудненні відпрацьованими газами автотранспорту в Quercus robur L. відмічені порушення клітинного поділу в археоспорії і виникнення багатоядерних ценоцитних мікроспороцитів, а також численні порушення мейозу з відставанням і викидами хромосом, утворенням мостів, ядер різної плоїдності і порушенням цитокінезу, що призводять до утворення поліад і різноплоїдних пилкових зерен. Збільшені пилкові зерна виникають за відсутності цитокінезу під час мейозу - формуються дво- або багатоядерні ценоцити, на поверхні яких потім утворюються аномальні спорополенінові оболонки. У результаті з'являються до 25-30 % стерильного пилку і формується до 30 % збільшених пилкових зерен (Glazunova, 1993).

Особливо помітна реакція на забруднення в умовах міського середовища, що проявляється в дефектах розвитку зародків, наприклад у Acer negundo L. і Fraxinus excelsior L. За морфологічними ознаками значно змінювались сім'ядолі, тоді як корні залишалися незмінними. Сім'ядолі були різного розміру, деформовані, з загнутими кінцями, хвилястими поверхнями. Забруднення середовища сприяли появі поліембріонії. Вона виявлена у Acer negundo L. та Syringa josikaea Jacq. і Rosa rugosa Thunb (Supuka, 1993).

Високочутливими до промислових забруднень у зелених рослин є більшість фізіологічних процесів. Кислі гази на першій стадії викликають слабке пригнічення, потім активацію, і, як наслідок, стійке пригнічення фотосинтезу. Аналізуючи рівень атмосферного забруднення в умовах Черкаської промислової агломерації відмічено, що діоксид азоту, аміак, формальдегід та сірководень призводили до зміни структури хлоропластів (Adan, Duncan, 2002; Batygina, 2002).

На хвойних встановлено, що вміст аскорбінової кислоти негативно корелював з показниками повітряного та ґрунтового забруднення. Збільшення ксероморфності будови фотосинтезуючих органів рослин під впливом промислових газів викликало пригнічення фази розтягнення клітин через недостатню кількість асимілятів та спричинювало порушення гормональної регуляції росту (Cox, 1988).

Аналізуючи закономірності фізіолого-біохімічних реакцій за техногенного забруднення в асиміляційних органах рослин Pinus silvestris L., Acer platanoides L. i Popblus deltoisdes Marsh. Помічено зниження активності антиоксидантного захисту, що сприяє активності пероксидного окислення ліпідів та викликає деградацію пігментного комплексу (Виноградова, 2010).

Аналіз літературних джерел показав, що явище ксероморфності можуть спричинювати також інші несприятливі фактори навколишнього середовища, наприклад недостатня кількість вологи, мінеральних речовин (Дзюба, 2001).

У порушених екосистемах у рослин зменшується об'єм клітин асиміляційної паренхіми, а також об'єм та кількість хлоропластів (Илькун, 1971).

Спостерігається пригнічення процесу дихання під впливом кислих газів (Бухарина, 2007; Adam, Duncan, 2002). Більшість газів впливають на ферменти фотосинтетичного процесу (Бухарина, 2007; Морозюк, 2006). Сірчаний газ спричинює збільшення активності пероксидази і поліфенолоксидази (Adam, Duncan, 2002; Konskinska-Pajak, 2002) та інгібування активності каталази. Азотовмісні гази підвищують активність дегідрогенази і нітратредуктази (Wolters, Martens, 1987). Варто відмітити те, що промислові кислі гази та аміак спричиняють суттєвішу активацію пероксидази.

Вплив газоподібних токсикантів на пігменти пластид активно обговорюється в літературі. Є відомості, що під впливом низьких доз SO2 i HF стимулюється пігментоутворення, а високі концентрації даних газів призводять до зниження вмісту хлорофілу, що може бути наслідком руйнування хлорофілів і перетворення їх у феофітин (Бессонова, Лыженко, 1991; Adam, Duncan, 2002).

Деревні рослини характеризуються акумулятивними властивостями. Populus balsamifera L., Acer negundo L. накопичують надлишок азоту (Supuka, 1993; Wolters, 1987), береза - сірку, ялина - метали, які потрапляють до дерева через кореневу систему та атмосферне повітря (Невєрова, 1999), P. silvestris L. - кремній, свинець, залізо, кадмій (Кавеленова и др., 1996; Виноградова, 2010). З листяних дерев найбільш широкий спектр ВМ накопичують види роду Sorbus L. (Pb, Cd, Ci, Ni, Zn, Cr), трохи менше Tilia L. (Pb, Cd, Ci, Fe, Zn, Cr) i Pinus L. (Pb, Ci, Ni, Zn, Fe).

Емісії титано-магнієвого комбінату (Cl2, HCl, SO2) знижували чисельність самосіву та підросту деревних рослин. Встановлена наявність змін у співвідношенні самосіву різних вікових груп порівняно з контролем. У більшій мірі це притаманно F. Lanceolata, але слід відзначити, що у відносно стійких видів R. рseudoacacia і A. negundo співвідношення вікових груп також змінюється, хоча і в меншій мірі (Бессонова, Яковлєва-Носарь, 2003).

Ю.Г. Приседський (2008) встановив, що зміни активності каталази в проростках під впливом забруднення ґрунту мають неоднозначний характер. Так, у стійкого виду (робінія звичайна) активність каталази вірогідно підвищується в корінні проростків на 7,9-29,8 %, а в надземній частині проростків достовірних змін активності ферменту не відбувається. У жимолості татарської (чутливий вид) у коренях каталазна функція або не змінюється або знижується.

В роботі О.М. Василюк (2007) було зафіксовано наявність значних змін питомої активності аланін- та аспартатамінотрансфераз в листках деревних культур у динаміці в умовах токсичної дії ксенобіотиків, що свідчить про порушення білкового обміну за дії викидів промислових підприємств м. Дніпропетровськ.

Багаторічні спостереження за станом субпопуляцій P. sylvestris свідчать, що тривалість життя хвої у рослин поблизу джерела забруднення не перевищувала двох років. В роки зниження рівня забруднення на бокових пагонах рослин з різних зон зберігалась хвоя ІІІ-го року життя, а у рослин фонового рівня - навіть хвоя ІV-го року (Великоридько, Калафат, 2007).

Е.Н. Виноградовою зареєстровано в першій половині вегетації в умовах промділянок ртутного комбінату в листках рослин P. deltoides зберігається збалансованість функціональних систем, що підтверджується максимальною кількістю кореляційних зв'язків між досліджуваними фізіолого-біохімічними показниками (активність СОД, пероксидази та хлорофілів). Розвиток в другій половині вегетації пошкоджень листків супроводжується пригніченням цих систем і руйнуванням частини виявлених кореляцій (Виноградова, 2007).

З результатів Гераськіна з співавторами виходить, що популяції рослин, які населяють території з відносно невисоким рівнем радіоактивного забруднення, характеризуються підвищеною частотою цитогенетичних порушень (Действие…, 2007).

Дослідженнями В.Н. Калаєва виявлено, що на промислових ділянках відбуваються зміни цитогенетичних показників насіннєвого потомства берези повислої та дубу. Зафіксовано ріст мітотичної активності, порушення мітозів за рахунок, відставання хромосом в метакінезі та анафазі, зміни площі поверхні поодиноких ядерець (Калаєв, 2007).

Дослідженню морфометричних показників пилку Picea рungens engelm. в насадженнях техногенно забруднених територій присвячено роботу И.В. Макогон. Зареєстровано, що у пилку рослин в районах металургійних підприємств довжина пилкових зерен була нижчою, ніж в контрольних (Макогон, 2007). З'ясування особливостей розвитку генеративної сфери деревних рослин за дії фторвмісних промислових викидів показав, що найбільш життєздатний пилок утворювався у липи серцелистої, тоді як найменш життєздатний - у горобини звичайної (Гришко, 2006).

У роботі Е.А. Сидорович з співавторами (2007) зареєстровано, що в межах м. Мінська пагони ялини кілкої нижче, ніж у рослин чистої зони. В умовах антропогенного навантаження змінюється також характер росту хвої та тривалість її життя. Однак в несприятливих умовах у рослин встановлено компенсаторні реакції, до яких відноситься збільшення вмісту хлорофілу та підвищення фотосинтезуючої поверхні хвої.

В ході вивчення анатомічних особливостей стебла бузку звичайного було визначено, що вихлопні гази порушують роботу вторинної латеральної меристеми-камбію, зменшують розміри всіх клітин епідермісу та знижують життєздатності пилку (Сумская, Савинова, 2007).

Вплив промислового забруднення м. Дніпропетровськ на анатомічні показники однорічного пагона деревних інтродуцентів представлено в роботі З.В. Грицай. Товщина первинної кори в умовах стресу порівняно з контролем зменшується в стеблі однорічного пагона A. hippocastanum, P. sumonii та підвищується в A. negundo. Зменшення ширини коркового шару в стеблі A. hippocastanum та P. sumonii знижує захист нижче розташованих тканин від дії промислових токсикантів (Грицай, 2006).

Л.Г. Долговою й Л.В. Чернодуб (2002) виявлено, що на дію ацетону, етанолу, толуолу, ксилолу клен ясенелистий, робінія звичайна, бузок звичайний реагують підвищенням кількості аскорбінової кислоти та глутатіону.

Дослідженнями В.М. Гришко та Д.В. Сищикова (2006) встановлено, що в асиміляційному апараті Ligustrum vulgare L. та Spirea menziesii Hook відбувається інтенсивне накопичення міді, кадмію, свинцю, нікелю і цинку.

Забруднення середовища викидами коксохімічного виробництва призводить до пригнічення процесів розвитку пагона представників роду Fraxinus, змінюється динаміка вуглеводів в онтогенезі плодів Robinia pseudoacacia L. в умовах промислового забруднення SO2 та NO2 (Юсипіва, Вадатурська, 2002).

В ряді праць показано, що викиди автотранспорту та хронічне антропогенне забруднення впливають на репродуктивні органи деревних порід. Так, у Gleditchia triacanthos L., Aesculus hippocastanum L., Quercus robur L. та Robinia pseudoacacia L. відзначено зниження маси насіння (Шупранова, 2009, 2012; Шупранова, Кучма, 2012). Зниження кількості плодів на модельній гілці, збільшення кількості опалих плодів, порушення процесів проростання насіння виявлено у Catalpa bignonioides Walt., Ailanthus altissima Mill., Fraxinus excelsior L., Fraxinus pennsylvanica L., Tilia platyphyllos Scop. (Бессонова, 1999; Грицай, Денисенко, 2011; Леппік, 2008), Robinia pseudoacacia L. (Солоха, 2011). Зміни білкового обміну зареєстровані у насінні Aesculus hippocastanum L., Robinia pseudoacacia L., Q. robus, Q. rubra, A. platanoides, A. pseudoplatanus, A. tataricum (Шупранова, 2007; Більчук, 2005; Філонік, 2007). Адаптація інтродуцентів (Acer platanoides L., R. Pseudoacacia, Aesculus hippocastanum L. ) до умов існування відбувається за рахунок функціонування ферментативних та низькомолекулярних антиоксидантів (Ловинська, Россихіна, 2012; Ловинська, 2011; Хромих, 2012, 2013; Россихіна-Галича, 2012, 2013).

Таким чином, атмосферне забруднення призводить до порушення феноритмів, змін росту та розвитку вегетативних та репродуктивних органів, а також анатомічної будови рослин. При цьому пригнічуються ростові процеси, погіршуються таксаційні показники дерево станів та спостерігаються негативні тенденції ходу онтогенезу, що призводить до втрати стовбурової деревини. Морфологічні та цитоембріологічні дослідження репродуктивної сфери свідчать, що за умов забруднення атмосфери відбувається зміна числа тичинок, мікроспорофілів, прискорений розвиток пелюсток, чутливість пиляків. Порушуються важливі фізіологічні процеси на рівні рослинного організму: фотосинтез, дихання, мейоз, мітоз, мікроспорогенез та ін. Пригнічення росту та розвитку рослин веде до деградації рослинного покриву та цілісності екосистем.

2. Особливості функціонування фотосинтетичного апарату за різних умов існування

Фотосинтез зелених рослин - наймасштабніше і разом з тим унікальне природне явище, яке лежить в основі всієї біосфери Землі, в тому числі і людства. Скорочення площі ефективно функціонуючого зеленого покриву як безпосередньо від людської діяльності, так і внаслідок аридизації клімату, підточує цей бар'єр. У помірних широтах фотосинтетична діяльність рослин ускладнюється посиленням контрастності погодних умов - в першу чергу температури і вологозабезпеченості.

Розглянемо вплив деяких факторів на фотосинтез. Відомо, що понад 75 % листкового азоту локалізується у хлоропластах, причому більша його частина використовується для синтезу структур фотосинтетичного апарату (Cornic, 1994). Дефіцит азоту проявляється у різкому зменшенні кількості хлорофілу, каротиноїдів та тилакоїдних білків (Чупахина, 2000). В умовах нестачі фосфору порушуються фотохімічні та темнові реакції фотосинтезу. Надлишок фосфору також гальмує швидкість фотосинтезу, очевидно, внаслідок зміни проникності мембран. Зменшення вмісту калію в тканинах супроводжується значним зниженням інтенсивності фотосинтезу, в хлоропластах руйнується структура гран, продихи слабо відкриваються на світу та недостатньо закриваються в темряві. Дефіцит заліза різко порушує функціонування циклічного та нециклічного фотофосфорилювання, синтез пігментів й змінює структуру хлоропластів.

При засоленні ґрунту відбувається зниження вмісту хлорофілу. У літературі дані щодо змін параметрів індукції флуоресценції хлорофілу в рослинах за умов засолення ґрунту є суперечливими. На думку одних дослідників, сольовий стрес впливає на кінетику швидкої флуоресценції, але не впливає на величину квантового виходу ФС ІІ (Кордюм, 2003). Згідно з результатами (Чупахина, 2000), засолення ґрунту не виявляло негативної дії на вміст сумарного хлорофілу та каротиноїдів у листках пшениці.

Інтенсивність фотосинтезу для рослин в умовах посухи грає важливу роль. Відомо, що ксерофітні рослини в порівнянні з мезофітними відрізняються підвищеним рівнем фотосинтезу. Тарчевським встановлено, що зміни температурного та водного режиму листка, які відбуваються під час атмосферної та ґрунтової посухи, призводять до порушення тонкої структури хлоропластів, конфігурації макромолекул білку, ступеню агрегації пігментів, адсорбованих білком. Ці зміни знижують інтенсивність фотосинтетичного метаболізму вуглецю. За дії посухи змінюється кількісний та якісний склад зелених пігментів (Чупахина, 2000; Растение…, 2008; Стасик, 2002, 2006).

При обробці рослин гербіцидами суттєво зменшується активність первинних фотосинтетичних реакцій, знижується енергетична ефективність роботи електрон-транспортного ланцюга, скорочується фото синтезуюча поверхня, зменшується вміст хлорофілу та маса сухої речовини рослини (Бирюкова и др., 1986).

Важкі метали. В.П. Бессоновою показано, що за дії надлишку Fe2+ i Cr3+ в середовищі вирощування чини запашної та чорнобривців розлогих відбувається пригнічення потоку електронів в електротранспортному ланцюгу і фітовідновлення НАДФ у хлоропластах (Бессонова, Іванченко, 2004).

Вміст хлорофілів та каротиноїдів має важливе значення завдяки своїй участі у фотосинтетичних процесах. Ці пігменти є особливо чутливими до дії важких металів. Деструкція хлорофілів є невід'ємною ланкою стресових реакцій рослин та може слугувати своєрідним стресовим маркером. За дії кадмію в концентрації 25 мг/кг відбувалась значна деструкція хлорофілів (до 45 %) (Бойко та ін., 2010).

У роботі Ф. Ясар із співавторами (2008) відмічено, що за дії сольового стресу в листках чутливого сорту 4F-89 квасолі вміст хлорофілу знижувався, а стійкого генотипу GS57 достовірних змін даного показника не зафіксовано. Аналогічні результати отримані Ю.Ф. Ху та Ж.П. Лиу (2008) на сортах топінамбуру.

При оцінці впливу ґрунтової посухи на сорти пшениці, що різняться за продуктивністю встановлено, що в листках контрольних рослин вміст хлорофілу в розрахунку на одиницю сухої маси проявляло тенденцію до збільшення протягом перших п'яти днів досліду. По мірі наростання дефіциту води в усіх сортів пшениці вміст хлорофілу знижувався на 13-15 % (Николаева и др., 2010).

У знешкодженні негативної дії синглетного кисню основне значення мають сполуки, здатні тушити збуджені (в основному триплетні) стани пігментів. Серед них найбільш ефективні каротиноїди, які містять 11 спряжених подвійних зв'язків. Дія каротиноїдів на стільки ефективна, що практично кожне зіткнення з триплетами збудженого пігменту або О2* призводить до їх повної дезактивації. Як показали результати Половникової, Воскресенської, вміст даного пігменту збільшувався у рослин конюшини лугової та овсянніци лугової по мірі посилення забруднення оточуючого середовища. Аналіз вмісту каротиноїдів в різних онтогенетичних структурах показав, що генеративні рослини характеризувались найбільшими значеннями цього параметру. При цьому максимальні значення були встановлені у конюшини лугової. Кількість каротиноїдів у віргінільних рослин порівняно 1,9-2,6 рази нижче, а у F. рratensis - в 1,2 - з генеративними особинами T. pratense було в 1,5 рази. У субсенільних рослин зниження вмісту каротиноїдів було ще більшим в 4 рази у обох досліджуваних видів (Половникова, Воскресенская, 2008).

Д. Ліу із співавторами (2008) встановлено, що за дії свинцю вміст хлорофілів а і b, загального хлорофілу і каротину у рослин-акумуляторів металу було значно вище, ніж у рослин-неакумуляторів при всіх варіантах обробки, за виключенням того, коли рослини оброблювали 0,1 та 0,2 мМ Pb. Дослідження Воробець і Григорюк (2004) дії іонів свинцю різної концентрації на нагромадження фотосинтетичних пігментів у процесі проростання насіння та початкового росту рослин квасолі дозволили виявити інгібіторний вплив іонів металу на вміст хлорофілів та каротиноїдів.

В експериментах Д.Д. Тищенко в листках кизильників ботанічного саду ДНУ за умовах автотранспортного забруднення відбувалось зростання кількості каротиноїдів у фазах росту і розвитку з досягненням максимуму в період вимушеного спокою (Тищенко, 2009).

В огляді Н.Ю. Таран із співавторами (2004) каротиноїди розглядаються як допоміжні пігменти світлозбиральної антени, які уловлюють сонячне світло певного спектрального складу. Вони приймають на себе енергію від надлишкової кількості збуджених молекул хлорофілу та безпечним для фотосинтетичного апарату способом розсіюють у вигляді теплової енергії.

О.І. Терек з співавторами (2008) досліджено вплив нафтового забруднення ґрунту на накопичення фотосинтетичних пігментів у листках рослин Carex hirta L. Виявлено зниження вмісту хлорофілів на фоні зростання вмісту каротиноїдів. Збільшення вмісту в-каротину і каротиноїдів за дії нафти (48 г/кг) розглянуто як показник активації антиоксидантної системи, важливої для захисту фотосинтетичного апарату рослин у стресових умовах. У роботі Н. Джури (2005, 2006) зареєстровано, що у разі середнього нафтового забруднення ґрунту у листках осоки шершаволистої збільшується вміст каротинів. Листки дослідних рослин порівняно з контролем містять менше хлорофілу а, тоді як у випадку сильного забруднення зростає вміст хлорофілу в. Співвідношення хлорофілів а/в суттєво підвищується за умов середнього забруднення. Цю реакцію автори називають фізіологічною адаптацією рослин, яка включає внутрішні механізми захисту і протистоїть стресовим впливам, адаптуючись до них.

Л.М. Бацмановою (2008) наведено результати вивчення впливу пероксиду водню на процеси пероксидації, вміст фотосинтетичних пігментів і гліколіпідів в ізольованих хлоропластах. Зміни цих біохімічних параметрів залежать від способу обробки пероксидом водню. Показано, що хлоропласти, виділені з оброблених пероксидом водню (500 мкМ) листків, майже не різнились від контрольних, але в разі внесення пероксиду водню (250 мкМ) в середовище інкубації хлоропластів підвищується інтенсивність пероксидного окислення ліпідів, деградують фотосинтетичні пігменти.

Цим же автором в умовах польового досліду вивчено вплив пероксиду водню на вище зазначені біохімічні показники сортів озимої пшениці різних екотипів (Поліська 90 - лісостепового, Скала - степового). Рослини обробляли у фазу кущіння. Встановлено, що розвиток стресу такої інтенсивності не вплинув на вміст хлорофілів а і b у дослідних сортів, проте кількість каротиноїдів у рослин сорту Поліська 90 зменшилась дещо сильніше, ніж у сорту Скала.

Дослідженнями вмісту каротиноїдів і гліколіпідів у рослинах озимої пшениці за індукування оксидного стресу нітратом свинцю та пероксидом водню виявлено, що особливості адаптивної відповіді досліджуваних показників у рослин виражаються зміною співвідношення МГДГ/віолаксантин за дії стресорів. Розглянуто можливі механізми трансформацій каротиноїдів і гліколіпідів у адаптивних реакціях рослин на дію оксидного стресу (Свєтлова та ін., 2007).

В експериментах О.Г. Соколовської-Сергієнко, Д.А. Кірізій (2010) встановлено, що підвищення активності первинного ферменту антиоксидантної системи захисту фотосинтетичного апарату - хлоропластної СОД гальмує зниження інтенсивності фотосинтезу прапорцевих листків високо інтенсивних сортів пшениці в період наливання зерна, що сприяє повнішій реалізації потенціалу їх зернової продукції.

І.І. Коршиковим показано, що ушкодження листків рослин кленів вихлопними газами автотранспорту на заключних етапах вегетації супроводжується активним руйнуванням пігментів. При цьому зі збільшенням пошкодженості листків у обох видів (клен гостролистий та клен явор) вміст хлорофілу зменшується суттєвіше, ніж каротиноїдів. Більш висока стійкість каротиноїдів порівняно з хлорофілом при розвитку хлорозу та некрозу листків від дії вихлопних газів, можливо, пов'язана із захисною функцією каротиноїдів в клітинах, що проявляється в інактивації активованих форм кисню. Процес руйнування пігментів інтенсивніше йде у менш стійкого клену гостролистого. Частка хлорофілу а в листках дерев із групи сильно пошкоджених по відношенню до його вмісту в листках непошкоджених дерев у клена гостролистого складає 37,4 %, у клену явора - 50,3 %. Для хлорофілу b це співвідношення у клена гостролистого складає 39,3 %, у клену явора - 50,5 %, для каротиноїдів - відповідно 52,3 і 67,2 %. Це свідчить, що не дивлячись на більш високий абсолютний вміст пігментів у клена гостролистого, пігментний комплекс цього виду більш уразливий і під впливом вихлопних газів руйнується інтенсивніше, ніж у стійкого клену явора (Коршиков и др., 1995).

Отже, стан пігментного комплексу рослин - інтеграційний показник, що характеризує стійкість рослин до полютантів. В якості біоіндикаційного показника впливу антропогенних стресових факторів на рослини пропонують використовувати кількісні показники зменшення вмісту хлорофілу в асиміляційних органах рослин. При цьому встановлено, що вплив техногенного забруднення атмосфери викликає не лише зменшення вмісту пігментів в листках, але й зниження співвідношення хлорофілу а / хлорофілу b. Вихлопні гази автотранспорту викликають зменшення відношення хлорофілу а / хлорофілу b по мірі розвитку пошкодженості листків нестійкого клену гостролистого. У стійкого клену явора ступінь пошкодженості листків мало змінюється.

• 3. Роль ферментативних антиоксидантів при окисному стресі
• Дані літератури свідчать, що за дії стресових чинників активація процесів пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ) є одним з фундаментальних механізмів порушення цілісності мембран і багатьох ключових систем клітини, одним з ведучих механізмів клітинної патології (Лукаткин, Левина, 1997; Клітинні…, 2003). Тому підтримка процесів ПОЛ на необхідному і одночасно безпечному для клітин рівні - життєво необхідна умова їх нормального росту і функціонування, що забезпечується багатокомпонентною системою захисту, яка представляє собою згідно Д.М. Гродзинського, елемент системи надійності (Гродзинський, 1983). В нормальних фізіологічних умовах постійно існує рухома рівновага між утворенням активних форм кисню і їх елімінацією, між інтенсивністю ПОЛ й активністю антиоксидантної системи (ПОЛ-АОА). Зсув прооксидантно-антиоксидантної рівноваги в бік активації ПОЛ за впливу несприятливих факторів слугує сигналом, що запускає включення відповідних механізмів захисту. Не дивлячись на збалансування ПОЛ-АОА у фізіологічних умовах, за дії несприятливих факторів рівновага порушується в сторону посилення ПОЛ. При цьому в процесі пристосування до зовнішніх факторів організм змінює свої характеристики, і ці зміни у випадку тривалого впливу носять фазний характер.
• У рослин існує добре розвинута багаторівнева система захисту від окисної деструкції - антиоксидантна система (АОС)., до складу якої входять низькомолекулярні і ферментативні компоненти. Слід відзначити, що усі компоненти АОС працюють в основному комплексно, і, як правило, зміна концентрації або активностей одних антиоксидантів (АО) приводить до певних змін інших.

Антиоксиданти протистоять пошкоджуючому ефекту вільних радикалів й активних форм кисню (АФК), зменшуючи інтенсивність вільнорадикального окислення і тим самим нейтралізуючи вільні радикали (ВР) шляхом обміну свого атому водню (в більшості випадків) на кисень вільних радикалів. У виведенні вільних радикалів і радикальних форм антиоксидантів головну роль відіграють системи природної детоксикації. Захист від ушкоджуючої дії АФК, ВР відбувається на всіх рівнях організації: від клітинних мембран до організму в цілому (Артюхов В.Г. и др., 2003; Барабой и др., 1999; Бараненко, 2002, 2006; Карташов и др., 2008; Лукаткин, 2002; Маменко, Ярошенко, 2009; Поберезкина, Осинская, 1989; Полесская и др., 2006; Россихіна, 2006; Стороженко, Шадчина, 2004; Таран та ін., 2004).

Антиоксиданти поділяються на певні групи залежно від їх молекулярних мас:

1) При такому підході першу групу антиоксидантів складають високомолекулярні сполуки - ферменти антиоксидантного захисту, а також білки, здатні зв'язувати іони Fе і Сu, які є каталізаторами вільнорадикальних процесів (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза і т.д.).

2) До групи низькомолекулярних антиоксидантів відносяться різні сполуки - деякі амінокислоти, поліаміни, сечовина, сечова кислота, глутатіон, аскорбат, Ь-токоферол та ін.

• 3.1 Роль супероксиддисмутази в пристосуванні рослинних організмів до стрес-факторів
• Вже два десятиліття велику увагу дослідників привертає відкритий Мак-Кордом й Фридовичем фермент супероксиддисмутаза (КФ1.15.1.11), який виконує у клітинах аеробних організмів унікальну функцію регуляції рівня супероксидних аніон-радикалів кисню О-2 (Дубиніна, 1989; Колупаев, 2001).
• Структура та функції СОД. Фермент складається з двох ідентичних субодиниць кожна з яких має в середині ланцюга дисульфідний місток, одну сульфгідрильну групу та ацетильовану кінцеву аміногрупу. Місце, яке займає вода у ферменті, який знаходиться в активному становищі, в ході каталітичного циклу може бути зайнятим супероксидним радикалом, киснем або гідроксильним радикалом (Fridovic, 1981; Constantine, 1977). В листі рослин фермент СОД представлено декількома ізоферментними формами, які розрізняються будовою активного центру. Мідь-цинкова форма (Zn, Cu - СОД) чутлива до ціаніду та міститься в цитозолі й між мембранному просторі мітохондрій клітин еукаріот; ціанідрезистентна Mn - СОД локалізована в мітохондріях еукаріот та бактерій; для мікроорганізмів характерний залізовмісний ізофермент (Fe - СОД). Найбільш розповсюдженою формою супероксиддисмутази є Zn, Cu - СОД. Апоферменти каталітично неактивні. Zn - вірогідно, здійснює стабілізуючу дію на структуру, а Cu приймає участь в дисмутації.
• Усі охарактеризовані CuZn-СОД є гомодимерами, які складаються із двох субодиниць по 16,5 кДа кожна; в активному центрі міститься по 2 атоми міді (Cu2+) і цинку (Zn2+). Молекула Fe-СОД - також гомодимер, що має молекулярну масу 36-46 кДа в хлоропластах і 54 кДа - у цитозолі бульбочок бобових. Mn-СОД має молекулярну масу 46 або 92 кДа й складається відповідно з 2 або 4 субодиниць однакових за розміром (Bueno et al., 1992; Moran et al., 2003).
• Супероксиддисмутаза являється єдиним серед відомих антиоксидантних ферментів, який безпосередньо забезпечує обрив ланцюгів киснезалежних вільно радикальних реакцій у клітинах аеробних організмів. Супероксиддисмутаза здійснює рекомбінацію радикалів кисню з утворенням пероксиду водню та триплетного кисню (McCord, Fridovich, 1969):
• СОД
• 2О2- + 2Н+ > Н2О2 + О2.
• Генерування радикалів супероксида виникає при одноелектронному відновленні кисню ферментами у процесі транспорту електронів по дихальному ланцюгу мітохондрій та редокс-системі ендоплазматичного ретикулума, а також при аутоокисленні всіляких внутрішньоклітинних компонентів оксигемоглобіну, NAD(P)Н, глутатіону, флавінів, цитохрому с, аскорбінової кислоти, адреналіну та ін. Аніон-радикал кисню може окислюватися та відновлюватися, перетворюватися у реакційно здатний синглетний кисень та гідроксильний радикал, який виявляється ініціатором пероксидного окиснення ліпідів (Барабой, Сутковой, 1997; Барабой та ін., 1999).
• Активність супероксиддисмутази пов'язана з інтенсивністю пероксидного окиснення ліпідів та залежить від накопичення інтермедіатів ПОЛ. З одного боку, накопичення токсичних перекисних продуктів (перекисів жирних кислот, альдегідів, кетонів та інших продуктів) викликає пригнічення активності супероксиддисмутази та інших антиоксидантних ферментів (каталази, глутатіонпероксидази, глутатіонредуктази). З іншого, за принципом зворотного зв'язку, зниження активності супероксиддисмутази, яка зумовлена впливом всіляких факторів, може спричинити збільшення складу перекисів ліпідів, яке не завжди повертається до вихідного рівня, незважаючи на нормалізацію рівня супероксиддисмутази та антиоксидантів (Гришко, Сыщиков, 1999; Курганова та ін., 1997, 1999; Маринова та ін., 1997; Платонова, Костишин, 2000; Чиркова та ін., 1998, 2002; Beauchamp, Fridovich, 1971).
• Таким чином, СОД належить важлива фізіологічна роль у регуляції вільнорадикальних процесів клітинного метаболізму (Балахнина, Кособрюхов, 2005; Бараненко, 2002; Бессонова, 1993; Платонова, Костишин, 2000). Про це свідчать дані про гальмування СОД ПОЛ у нативних мембранах мітохондрій, мікросом та лізосом, а також у реконструйованій мікросомальній системі. Очевидно, що супероксиддисмутаза (разом з іншими компонентами антиоксидантної системи) та ПОЛ забезпечують взаємодоповнюючу регуляцію вільнорадикального окиснення, спрямовану до стабілізації мембранних структур клітини (Балахнина, Кособрюхов, 2005; Платонова, Костишин, 2000). Експериментально доказано, що СОД разом з іншими ферментами антиоксидантної системи реагує на зміни надходження і включення металів в метаболізм рослин (Бессонова, 1993; Гришко, Сыщиков, 1999, 2000; Жук, Капустян, 2007; Калашников та ін., 1999; Колупаєв, Карпець, 2007). Так, досліджено вплив різних рівнів Mn на ізоферментний склад СОД і знайдено, що різні рівні Mn в поживному середовищі викликають значні зміни в балансі між ізоферментами СОД в листках. Існують дані, що активність СОД в листках шпинату підвищується зі збільшенням доз Cu в поживному середовищі. Встановлена кореляція між вмістом Cu в листках й активністю СОД. Вважають, що чим більший вік рослини, тим сильніше вона реагує на зміни вмісту Cu в субстраті (Озолина та ін., 1978).
• Бакардієва із співавторами (2006) вивчали вплив іонів кальцію і цинку на активність супероксиддисмутази кукурудзи при 3-х температурах: оптимальній, підвищеній та високій. Додавання іонів кальцію та цинку в різних комбінаціях до субклітинних фракцій листків показало, що в компартментах клітин мезофілу кальцій викликає підвищення активності мітохондріальної СОД (мСОД) на 90%, хлоропластної СОД (хСОД) - на 20 %, тоді як іони цинку не впливали на активність мСОД і збільшували активність цитоплазматичної СОД (цСОД) та однієї з хСОД. Стабільність ізоформ СОД при високій температурі підвищувалася при додаванні в середовище вирощування цинку.
• Стороженко і Шадчина вивчали зміни активності СОД в хлоропластах клітин ярової пшениці у відповідь на сольовий стрес протягом вегетації рослин. На ранніх етапах онтогенезу активність СОД у варіантах із засоленням була нижчою, ніж в контролі, тоді як на наступних фазах розвитку цей показник був вищим за контроль. Це свідчить про те, що активація адаптаційного механізму на рівні першої ланки антиоксидантного захисту має вікову залежність (Стороженко, Шадчина, 2004).
• В праці Фотіні (1998) вивчено вплив високих концентрацій миш'яку на експресію ядерних генів кукурудзи, які кодують синтез ізоферментів антиоксидантних білків. Показано, що обробка зародка кукурудзи миш'яком в діапазоні концентрацій 1-10 мМ індукує підвищення рівня експресії генів, котрі кодують синтез СОД.
• Балахніна із співавторами (2005) вважають, що одним з шляхів адаптації рослин гороху до токсичної дії кадмію є стимуляція активності антиоксидантних ферментів. Досліди проводили на 2-х недільних проростках гороху, які витримували в 0,01; 0,1 і 1 мМ водних розчинах Cd(NO)2 протягом 2 годин. Автори не встановили підвищення інтенсивності пер оксидного окиснення ліпідів в листках дослідних рослин. При цьому активність СОД і глутатіонредуктази збільшувалась у всіх варіантах, тоді як пероксидази при низький (0,01 мМ) концентрації іонів кадмію. Встановлено, що комбінована дія іонів кадмію й ультрафіолетового випромінення підвищує активність СОД і поліфенолоксидази, а також збільшує вміст флавоноїдів.
• Отже, функціонування СОД як стабілізатора структурної організації клітинних мембран тісно взаємопов'язано з іншими антиоксидантами та регуляторами клітинного метаболізму.
• 3.2 Пероксидаза: будова та функції

Історія вивчення пероксидаз починається з 1855 р., коли Шенбейн відкрив, що окислення деяких органічних сполук каталізують речовини, які містяться в тваринних організмах, використовуючи при цьому пероксид водню. Саундерс виділив три періоди в досліджені пероксидази рослин (Садвакасова, Кунаева, 1987). Перший період - до 1918 р. В цей час у класичних роботах Баха та Шода відмічено широке розповсюдження даного ферменту в рослинах і виділена пероксидаза з хрону. Другий період охоплює 1918-1931 рр. Вильштеттер очистив пероксидазу, ввів в ензимологію пурпурогалінове число, що мало значення для кількісної оцінки активності ферменту. Був відкритий гем. Третій період - після 1931 р. Досліджувались будова пероксидази, кінетика та механізм її дії, субстрат на специфічність ферменту (Савич, 1989).

Будова пероксидази. Пероксидаза - двокомпонентний фермент, який представляє собою сполучення активної групи, що вступає в хімічну взаємодію з субстратами, та колоїдного білкового „носія”, який посилює каталітичну дію цієї групи. Це глобулярний білок діаметром 50 А°, який містить близько 43 % Ь-спіральних ділянок в складі білкової частини молекули. Очищена кристалічна рослинна пероксидаза має молекулярну масу від 23000 до 60 000. Гематин складає 1,48 % цієї маси. За амінокислотним складом білок пероксидази має деякі особливості: в ньому відсутній триптофан й оксипролін, до того ж він неоднорідний. Вуглеводна частина пероксидази хрону складається з глюкози, галактози, занози, арабінози, ксилоли, фруктози та гексозаміну. Вуглеводні залишки, потрібні для стабілізації та захисту від дії протеолітичних ферментів, зв'язані з білком через аспарагін в положеннях 13, 57, 158, 186, 198, 214, 255 та 268. Білкова частина пероксидази складається з 308 амінокислотних залишків й має чотири дисульфідних зв'язка.

Досліджені до цього часу пероксидази складаються з незабарвленого глікопротеїну й з'єднаного з ним коричнево-червоного ферипорфірину. Гемінова частина молекули (гем, гемін) - ферумпротопорфірин ІХ. Виконуючи роль активного центру, він приймає участь в розкладенні або активації пероксиду водню. Простетична група пероксидаз хрону й японського редису, цитохрому с, хлоропероксидази відома як ферумпротопорфірин ІХ. Він входить до активного центру, складаючи порфіринове кільце гему, який є високо ароматичною та гідрофобною сполукою. Саме гідрофобна взаємодія порфіринового макроциклу з білком формує третинну структуру нативної пероксидази. Відомо, що протопорфірин справляє важливу стабілізуючу дію на білкову глобулу гемвмісних ферментів. Так, комплексоутворення апопероксидази хрону з геміном різко підвищує стійкість білку до дії ультрафіолету та тепла. Видалення простетичної групи ферменту веде до втрати пероксидазної активності, але не впливає на її оксидазній функції (Андреева, 1988).

Властивості пероксидаз обумовлені будовою ферменту, яка гарантує ефективне виконання їх фізіологічних функцій. Міцність гем-білкового комплексу, невеликий розмір молекули, наявність кальцію забезпечують високу термостабільність ферменту. Вуглеводи, що входять до складу пероксидази, виявляють стабілізуючий вплив за дії протеаз. Множинні молекулярні форми пероксидази відрізняються за субстратною специфічністю, локалізацією, оптимальними умовами, необхідними для прояву каталітичної активності. Ці відміни можуть обумовити виконання ними різних фізіологічних функцій (Савич, 1989).

Реакції, які каталізує пероксидаза. Пероксидаза каталізує окислення субстратів органічної природи за рахунок кисню пероксиду водню, що виділяється при його розкладенні. Фермент проявляє малу специфічність по відношенню до донорів водню. Субстратами пероксидази є фенольні сполуки, поліфеноли в вільному стані або в формі різних складних сполук (глікозидів, дубильних речовин) й ароматичні аміни, діаміни, індофеноли, ароматичні амінокислоти, аскорбінова кислота, нітрати, НАДФН2 (Садвакасова, Кунаева, 1987). Пероксидаза проявляє нітратредуктазну активність. Лужні молекулярні форми пероксидази кормових бобів відрізнялись низьким рівнем нітратредуктазної активності, нейтральні проявляли високу нітратредуктазну активність.

Механізм дії пероксидази. В основі механізму дії пероксидази лежить її здатність вступати у взаємодію з Н2О2 з утворенням проміжних фермент-субстратних комплексів, які володіють різними спектральними характеристиками. В 1937 р. Кейлін і Манн відкрили сполучення пероксидази з пероксидом водню, який назвали комплексом ІІ і комплексом ІІІ. В 1941 р. Теорел відкрив нестійку сполуку зеленого кольору, яка утворюється пероксидазою при взаємодії з слідовими кількостями Н2О2, - комплекс І. Комплекс І швидко перетворюється в комплекс ІІ - червоного кольору. При взаємодії комплексу ІІ з надлишком Н2О2 утворюються комплекси ІІІ та ІV. Чанс вважав, що комплекс І представляє собою з'єднання Fe3+ з Н2О2, тобто продукт приєднання ферменту до Н2О2. Комплекс ІІ представляє собою з'єднання Fe3+ з (ОН*), де група (ОН*) слугує символом напіввідновленого пероксиду. Загальна схема дії пероксидази може бути представлена наступними реакціями:

Пероксидаза + Н2О2 - комплекс І

Комплекс І + АН2 > комплекс ІІ + АН*

Комплекс ІІ + АН2 > пероксидаза + АН*

2 АН* > А + АН2 (або АН-АН)

Фізіологічна роль пероксидази. Наявність ферменту в хлоропластах вказує на його участь в окисно-відновних реакціях в процесі фотосинтезу, а знаходження пероксидази в мітохондріях - на участь в енергетичному обміні клітини.

Японські вчені виказали припущення про існування пероксидазної системи, пов'язаної з метаболізмом рібонуклеопротеїдів. Маються дані про участь пероксидази в окисному декарбоксилуванні амінокислот й перетворені триптофану в індолілоцтову кислоту.

На основі цитохімічних досліджень пероксидазна активність була знайдена в цитоплазмі, клітинній стінці, хромосомах та ядерцях. В молодих клітинах лука найвища активність пероксидази сконцентрована в ядрах. Це свідчить про можливу участь пероксидази в специфічній ядерній функції, а оскільки частина ізоензимів є лужними білками, то не виключено, що вони можуть виконувати функцію, подібну функції гістонів. Лужні пероксидази можуть функціонувати як модифікатори генної активності.

Для пероксидази доведена її участь в утворенні ауксину та етилену, відновленні нітратів та нітритів, тобто в азотному обміні, ростових та дихальних процесах. В присутності пероксидази регулюється дозрівання та старіння тканин, а також синтез лігніну, що входить до складу клітинної стінки.