Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2017, вип. 1 (40), с. 69-80


https://doi.org/10.35550/vbio2017.01.069




ФУНКЦІОНАЛЬНИЙ СТАН МІТОХОНДРІЙ ПРОРОСТКІВ ГОРОХУ ЗА УМОВ ДЕФІЦИТУ ВОДИ І ОБРОБКИ ФОСФОРОРГАНІЧНИМИ, ГЕРМАНІЙОРГАНІЧНИМИ СПОЛУКАМИ ТА ПОХІДНИМИ 5-ГІДРОКСИБЕНЗІМІДАЗОЛУ


І. В. Жигачова, В. І. Бінюков, Є. М. Міль

Федеральна державна бюджетна установа науки
«Інститут біохімічної фізики ім. Н.М. Емануеля»
Російської академії наук
(Москва, Росія)
E-mail: zhigacheva@mail.ru


Досліджено вплив недостатнього зволоження (НЗ) і препаратів, що належать до різних класів хімічних сполук: фосфорорганічної сполуки – мелафену (меламінова сіль біс (оксиметил)-фосфінової кислоти), амбіолу (2-метил-4-диметиламінометил-бензилімідазол-5-ол-дигідрохлориду ) і герматрану (1- (герматран-1-іл) -1 оксиетиламіну) на жирнокислотний склад мембран і енергетику мітохондрій 6-денних етіольорованих проростків гороху (Pisum sativum L.). Показано, що недостатнє зволоження призводило до змін жирнокислотного (ЖК) складу мембран мітохондрій. Коефіцієнт ненасиченості ЖК, що містять 18 і 20 атомів вуглецю, знижувався в 1,5 і 3 рази відповідно. Зміна ЖК складу мембран мітохондрій супроводжувалася змінами максимальних швидкостей окиснення НАДН-залежних субстратів і швидкостей транспорту електронів на термінальній ділянці дихального ланцюга. Замочування насіння у 2 × 10-12 М розчині мелафену або 2 × 10-5 М розчині герматрану запобігало зміни біоенергетичних характеристик мітохондрій проростків гороху в умовах дефіциту води. Обробка насіння гороху 10-9 М розчином амбіолу майже не чинила захисної дії на біоенергетичні характеристики мітохондрій проростків гороху. Висловлено припущення, що різний характер впливу біологічно активних сполук на функціональний стан мітохондрій зумовлений різницею у впливі досліджуваних БАР на ЖК склад мембран цих органел.


Ключові слова: Pisum sativum, мітохондрії, дефіцит води, пероксидне окиснення ліпідів, активні форми кисню, жирнокислотний склад мембран

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Voinov N.A., T.G. Volova-Alimova E.K., Astvatsaturian A.T. 1967. Issledovaniye zhirnykh kislot i lipidov metodom khromatografii (The study of fatty acids and lipids by chromatography). Moscow : 289 p.
 
2. Generozova I.P., Shugaev A.G. 2012. Respiration metabolism in mitochondria of pea seedlings of different age under water deficit and rewatering. Russ. J.Plant Physiol. 59 (2) : 235-245.
https://doi.org/10.1134/S1021443712020021
 
3. Zhigacheva I.V., Binyukov V.I., Mil E.M., Generozova I.P., Rasulov M.M. 2015. Influence of organogermanium compound on the functional state of mitochondria of plant and animal origin. Nauchnyy al'manakh. 7 (9) : 955-966.
 
4. Zhigacheva I.V., Fatkullina L.D., Burlakova E.B., Shugaev A.G., Generozova I.P., Fattakhov S.G., Konovalov A.I. 2008. Effects of the organophosphorus plant growth regulator melaphen on structural characteristics of animal and plant membranes. Biochemistry (Moscow) Supplement. Series A: Membrane and Cell Biology. 2 (2) :133-138.
https://doi.org/10.1134/S1990747808020062
 
5. Zhigacheva I.V., Fatkullina L.D., Rusina I.F., Shugaev A.G., Generozova I.P., Fattakhov S.G., Konovalov A.I. 2007. Antistress properties of melafen. Doklady Biochemistry and Biophysics. 414 (1) : 106-108.
https://doi.org/10.1134/S1607672907030040
 
6. Kolmykova T.S., Lukatkin A.S., Dukhovskis P., Kulikova N.N. 2012. Effect of silk preparation in the conditions of complex action of temperature and water stress on tomato plants Sel'skokhozyaystvennaya biologiya. 1 : 86-91.
https://doi.org/10.15389/agrobiology.2012.1.86eng
 
7. Kashuro V.A., Dolgo-Saburov V.B., Basharin V.A., Bonitenko E.Yu., Lapina N.V. 2010. Some mechanisms of bioenergy disorders and optimization of the approaches to its pharmacotherapy. Farmakologiya. 11 : 611-634.
 
8. Orel N.M. 2007. Biokhimiya lipidov (Biochemistry of lipids). Minsk : 35 p.
 
9. Pal'mina N.P. 2009. The mechanism of action of ultra-low doses. Khimiya i zhizn'. 2 : 10-13.
 
10. Popov V.N., Ruuge E.K., Starkov A.A. 2003. Effect of electron-transport inhibitors on the generation of reactive oxygen species by pea mitochondria during succinate oxidation. Biochemistry (Moscow). 68 (7) : 747-751.
https://doi.org/10.1023/A:1025078815819
 
11. Ryzhkina I.S., Murtazina L.I., Kiseleva Y.V., Konovalov A.I. 2009. Properties of supramolecular nanoassociates formed in aqueous solutions of biologically active compounds in low or ultra-low concentrations. Doklady Physical Chemistry. 428 (2) : 196-200.
https://doi.org/10.1134/S0012501609100029
 
12. Khvan A.V. 1969. The effect of insufficient and excessive soil moisture on some physiological indicators and soybean yield. In: Voprosy biologii (Biology issues). Blagoveshchensk : 104-116.
 
13. Shakirova F.M. 2001. Nespetsificheskaya ustoychivost' rasteniy k stressovym faktoram i yeye regulyatsiya (Nonspecific resistance of plants to stress factors and its regulation). Ufa : 160 p.
 
14. Shugaeva N.A., Vyskrebentseva E.I., Orekhova S.O., Shugaev A.G. 2007. Effect of water deficit on respiration of conducting bundles in leaf petioles of sugar beet. Russ. J. Plant Physiol. 54 (3) : 329-335.
https://doi.org/10.1134/S1021443707030065
 
15. Boyer J.S. 1982. Plant productivity and the environment. Science. 218 : 4430-448.
https://doi.org/10.1126/science.218.4571.443
 
16. Sweetlove L.J., Heazlwood J.L., Hearld V., Holtzapffel R., Day D.A., Leaver C.J., Millar A.H. 2002.The impact of oxidative stress on Arabidopsis mitochondria. Plant J. 32 : 891-904.
https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.2002.01474.x
 
17. Carreau J.P., Dubacq J.P. 1979. Adaptation of macroscale method to the microscale for fatty acid methyl transesterification of biological lipid extracts. J. Chromatogar. 151 : 384-390.
https://doi.org/10.1016/S0021-9673(00)88356-9
 
18. Fletcher B.I., Dillard C.D., Tappel A.L. 1973. Measurement of fluorescent lipid peroxidation products in biological systems and tissues. Anal. Biochem. 52 : 1-9.
https://doi.org/10.1016/0003-2697(73)90327-8
 
19. Genova M.L., Lenaz G. 2014. Functional role of mitochondrial respiratory supercomplexes. Biochim. Biophys. Acta. 1837 : 427-443.
https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2013.11.002
 
20. Gigon A., Matos A.R., Laffray D., Zuily-Fodil Y., Pham-Thi A.T. 2004. Effect оf drought stress on lipid metabo-lism in the leaves of Arabidosis thaliana (Ecotype Columbia). Ann. Bot. 94 (3) : 345-351.
https://doi.org/10.1093/aob/mch150
 
21. Golovina R.V., Kuzmenko T.E. 1977. Thermodynamic evalua-tion interaction of fatty acid metyl esters with polar and nonpolar stationary phases, based on their retention indices chromatographia. Сhromatogr. 10 : 545-546.
https://doi.org/10.1007/BF02262915
 
22. Guo Y.P., Li J.R. 2002. Changes of Fatty Acids composition of membrane lipids, ethylene release and lipoxygenase activity in leaves of apricot under drought. J. Zhejiang Univ (Agricalt. Life Sci). 28 : 513-517.
 
23. Kang S.Y., Gutowsky H.S., Hsung J.C., Jacobs R., King T.E., Rice D., Oldfield E. 1979. Nuclear magnetic resonance investigation of the cytochrome oxidase - phospholipid interaction: a new model for boundary lipid. Biochemistry. 18 : 3257-3267.
https://doi.org/10.1021/bi00582a010
 
24. Koster K.L., Reisdorph N., Ramsau J.L. 2003. Changing des-iccation tolerance of pea embryo protoplasts during germination. J. Exp. Bot. 54 : 1607-1614.
https://doi.org/10.1093/jxb/erg170
 
25. Leone A., Costa A., Grillo S., Tucci M., Horvarth I., Vigh L. 1996.Acclimation to low water potential determines changes in membrane fatty acid composition and fluidity in potato cells. Plant Cell Environ. 19 : 1103-1109.
https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.1996.tb00218.x
 
26. Miller G, Suzuki N, Ciftci-Yilmaz S, Mittler R. 2010. Reactive oxygen species homeostasis and signaling during drought and salinity stresses. Plant Cell Environ. 33 : 453-467.
https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2009.02041.x
 
27. Paradies G., Petrosillo G., Pistolese M., Venosa N., Federici A., Ruggiero F.M. 2004. Decrease in mitochondrial complex I activity in ischemic/perfused rat heart. involvement of reactive oxygen species and cardiolipin. Circul. Res. 94 : 53-59.
https://doi.org/10.1161/01.RES.0000109416.56608.64
 
28. Scott I., Logan D.C. 2008. Mitochondria and cell death pathways in plants. Plant Signal Behav. 3 : 475-477.
https://doi.org/10.4161/psb.3.7.5678
 
29. Selote D.S., Bharti S., Khanna-Chopra R. 2004. Drought ac-climation reduces O2•- accumulation and lipid peroxidation in wheat seedlings. Biochem. Biophys. Res. Commun. 314 : 724-729.
https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2003.12.157
 
30. Vladimirov Yu.A., Olenev V.I., Suslova T.V., Cheremisina Z.V. 1980. Lipid peroxidation in mitochondrial membrane. Adv. Lipid Res. 17 : 173-249.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-024917-6.50011-2
 
31. Wang J., Sunwoo H., Cherian G., Sim I.S. 2000. Fatty acid determination in chicken egg yolk. A comparison of different methods poultry. Science. 79 : 1168-1171.
https://doi.org/10.1093/ps/79.8.1168
 
32. Zhang L., Li Y., Xing D., Gao C. 2009. Characterization of mi-tochondrial dynamics and subcellular localization of ROS reveal that HsfA2 alleviates oxidative damage caused by heat stress in Arabidopsis. J. Exp. Bot. 60 : 2073-2091.
https://doi.org/10.1093/jxb/erp078
 
33. Zhigacheva I.V., Burlakova E.B. 2014. Chapter 13. Adaptogenes and plant growth regulators decrease the generation of ROS in mitochondria. In: Chemistry and Physics of Complex Material. London; New-York: 466-482.
 
34. Zhigacheva I., Mil' E., Binukov V., Generozova I., Shugaev A., Fatkullinа L. 2014. Combined effect of insuf-ficient watering, moderate cooling, and organophos-phorous plant growth regulator on the morphology and functional properties of pea seedling mitochondria. Ann. Res. Rev. Biol. 4 : 3007-3025.
https://doi.org/10.9734/ARRB/2014/10255