Липоксигеназа и ее роль в образовании АФК в митохондриях растений в условиях гипоксии и СО2 - среды

Доказательства присутствия в митохондриях растений липоксигеназы были получены нами при электрофорезе белков митохондрий и последующем их специфическом окрашивании в присутствии линолевой кислоты [179]. Была подобрана и отработана методика выявления липоксигеназы в митохондриях проростков гороха и сои. Растения помещали на 3 часа в условия гипоксии и СО₂ - среды, и далее белки из митохондрий подвергались электрофоретическому разделению и последующему специфическому проявлению. Как видно на электрофореграммах (рис. 13, 14), при действии гипоксии не происходило появления новых изоформ липоксигеназ в митохондриях, и не изменялась величина Rf присутствующего фермента. Однако отмечалось изменение его активности, о чем свидетельствовало усиление интенсивности окраски пятен фермента на электрофореграммах.

В дальнейшем в выделенных митохондриях определяли активность липоксигеназы. В митохондриях проростков гороха обнаружено до 21,2 % активности липоксигеназы, для сои эта величина составила 8,3 %, для кукурузы - 11,2 % от общего содержания фермента в клетках.

Так как перекрестное загрязнение фракций митохондрий хлоропластами составляло от 3 до 5 % по хлорофиллу, то можно считать, что в исследуемых растениях фермент липоксигеназа имеет и митохондриальную локализацию, что ранее было показано только для листьев растений гороха методами SDS- электрофореза и вестер-блот анализа [137]. В следующих опытах проростки растений помещались на 3,6 и 24 часа в условия разных газовых сред, после чего в них определялась активность фермента.

Было показано, что через три часа действия гипоксии и СО₂ - среды на проростки гороха активность митохондриальной липоксигеназы возрастала на 77 и 52 % соответственно по сравнению с аэрируемыми растениями (табл.

8) . Однако через 6 часов активность митохондриальной липоксигеназы начинала падать, и к концу опыта была ниже, чем у аэрируемых растений. У проростков сои через три часа действия гипоксии активность митохондриальной липоксигеназы возрастала почти на 50 % по сравнению с аэрируемыми растениями. Через 6 часов действия газовых сред активность митохондриальной липоксигеназы возрастала вдвое, особенно у растений, находящихся в СО₂ - среде.

У среднеустойчивых проростков кукурузы активность митохондриальной липоксигеназы возрастала практически во все периоды действия газовых сред. Особенно значительно это происходило через 6 и 24 часа действия СО₂ - среды. Для условий гипоксии увеличение активности липоксигеназы отмечалось только в первые три часа действия, а затем она снижалась практически до уровня контроля.

Таким образом, проведенные исследования показали присутствие липоксигеназы в митохондриях исследуемых растений (рис. 13, 14). Об этом свидетельствовало проведенное специфическое проявление электрофореграмм. Увеличение активности митохондриальной липоксигеназы в условиях аноксии отмечали ранее [187] для клубней картофеля, а для проростков гороха, сои и кукурузы это было показано впервые. Впервые обнаружено, что высокие концентрации СО₂ повышали активность митохондриальных липоксигеназ. Это способствует повышению в митохондриях растений фонда свободных радикалов, образующихся при дефиците кислорода. Ранее было установлено, что СО₂ - среда подавляла активность не только ферментов цикла трикарбоновых кислот [48], но и активность алкогольдегидрогеназы АДГ и глутаматдекарбоксилазы ГДК [39], выступая в роли аллостерического регулятора их активности. В наших опытах это было показано и для липоксигеназ митохондрий исследуемых растений в условиях кратковременных экспозиций. Однако обнаружено, что только в первые 3-6 часов действия гипоксического стресса активность фермента возрастала как у неустойчивых проростков гороха, так и достаточно устойчивых проростков сои и кукурузы. К концу экспозиции активность митохондриальной липоксигеназы падала, но только у неустойчивых проростков гороха.

Можно предположить, что липоксигеназный путь образования гидропероксидных радикалов в митохондриях вносит значительный вклад в процессы пероксидации липидов у растений в условиях гипоксии, но это характерно лишь для небольших экспозиций (3-6 часов). Полученные данные хорошо совпадают с результатами ранее проведенных опытов, в которых показано накопление супероксидного анион-радикала и пероксида водорода в митохондриях исследуемых растений именно в первые 3-6 часов действия гипоксического стресса. В дальнейшем в процессы свободнорадикального окисления у растений в условиях гипоксии могли вносить вклад и другие системы, например, связанные с подавлением антирадикальной защиты на уровне ферментов и низкомолекулярных антиоксидантов.