Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2019, вип. 1 (46), с. 35-46


https://doi.org/10.35550/vbio2019.01.035




ВПЛИВ N-АЦЕТИЛЦИСТЕЇНАТ 2-ЕТИЛ-6-МЕТИЛ-3-ГІДРОКСИПІРИДИНУ НА ФУНКЦІОНУВАННЯ МІТОХОНДРІЙ І СТІЙКІСТЬ ПРОРОСТКІВ ГОРОХУ ДО ДЕФІЦИТУ ВОДИ


І. В. Жигачова1, В. І. Бінюков1, Є. М. Міль1, І. Ф. Русіна2

1Федеральна державна бюджетна установа науки
«Інститут біохімічної фізики ім. Н.М. Емануеля РАН»
(Москва, Росія)
E-mail:
zhigacheva@mail.ru
2Федеральна державна бюджетна установа науки
«Інститут хімічної фізики ім. М.М. Семенова РАН»
(Москва, Росія)


Досліджували можливість використання похідного 3-гідроксипіридину N-ацетилцистеїнат-2-етил-6-метил-3- гідроксипіридину (3-ГП) як стрес-протектора рослин. Роботу проводили, використовуючи модель «старіння» мітохондрій проростків гороху (Pisum sativum L.). Інкубація мітохондрій в гіпотонічному середовищі активувала пероксидне окиснення ліпідів (ПОЛ): інтенсивність флуоресценції продуктів збільшувалася в 6 разів порівняно з контролем. 3-ГП в концентраціях від 10-14 до 10-5 М знижував інтенсивність флуоресценції продуктів ПОЛ майже до рівня контрольних значень. Дефіцит води, що спричиняє ПОЛ, знижував максимальні швидкості окиснення НАД-залежних субстратів і сукцинату, а також швидкості транспорту електронів на кінцевій (цітохромоксидазній) ділянці дихального ланцюга. Крім того, водний дефіцит викликав набухання мітохондрій. Введення в середовище інкубації мітохондрій цитохрому с в концентрації 5 × 10-6 М або обробка насіння і проростків гороху 3-ГП 10-13 або  10-6 М відновлювали швидкості перенесення електронів на цій ділянці дихального ланцюга. 3-ГП, пригнічуючи ПОЛ, сприяв збереженню функціонального стану мітохондрій, що відбивалося на фізіологічних показниках: препарат зменшував ефект пригнічення росту проростків гороху в умовах дефіциту води.


Ключові слова: Pisum sativum, похідні 3-гідроксипіридина, мітохондрії, активні форми кисню, пероксидне окиснення ліпідів, дефіцит води

 


ЛІТЕРАТУРА

1. Burlakova E.B., Kondarov A.A., Maltsev E.L. 2007. The effect of ultra-low doses of biologically active substances and low-intensity physical factors. In: Problemi reg-ulyatsii v biologicheskikh sistemakh. Mos-cow-Izhevsk : 390-423.
 
2. Generozova I.P., Shugaev A,G. 2012. Respi-ration metabolism in mitochondria of pea seedlings of different age under water deficit and rewatering. Russ. Plant Physiol. (Fizi-ologiya Rastenii). 59 (2) : 235-245. Doi: 10.1134/S1021443712020021
https://doi.org/10.1134/S1021443712020021
 
3. Dyumayev K.M.,Voronina T.A.,Smirnov L.D. 1995. Antioksidanty v profilaktike i terapii patologiy TSNS (Antioxidants in the prevention and treatment of pathologies CNS). Moscow : 271 p.
 
4. Zhigacheva I.V. The spatial hindered phe-nols increase the stability of pea seedling to stress impacts. In: Mechanisms of resistance of plants and microorganisms to unfavorable environmental. Book of Proceedings (in two parts) of the All-Russian Scientific Confer-ence with International Participation and Schools of Young Scientists (Irkutsk, July 10-15, 2018). Irkutsk, pt. 2 : 1236-1240. Doi: 10.31255/978-5-94797-319-8-1236-1240
https://doi.org/10.31255/978-5-94797-319-8-1236-1240
 
5. Konovalov A.I., Ryzhkina I.S., Salakhutdi-nova O.A, Murtazina L.I., Shevelev M.D., Voeikov V.L., Bulyleva E.V., Glybin A.V., Skripnikov A.Yu. 2017. Effect of selforgani-zation and properties of aqueous disperse systems based on the moss peptide PpCLE2 in a low concentration range on the growth of Arabidopsis thaliana roots. Russ. Chem. Bull. 66 (9) : 1699-1705.
https://doi.org/10.1007/s11172-017-1943-0
 
6. Kuznetsov Yu.V., Matyushin I.A., Smirnov L.D., Yasnetsov V.V. 2006. The way to re-search antioxidative activity of new analogs of ethylmethylhydroxypyridines succinate and hydroxylpyridobenzimidazole deri-vants. Vestn. Nov. Med. Tekhnol. 13 (3) : 9-10.
 
7. Mikulyak N.I. 2010. Pharmacological cor-rection of oxidative and metabolic status in cytostatic disease caused by irradiation. Covremennye problemy nauki i obrazovani-ya. 6: 14-19.
 
8. Palmina N.P., Chasovskaya T.E., Belov V.V., Maltseva E.L. 2012. Dose dependences of changes in the microviscosity of lipids of biological membranes induced by synthetic antioxidant potassium fenozan. Doklady Bi-ochemistry and Biophysics. 443 (1) : 100-104.
https://doi.org/10.1134/S1607672912020111
 
9. Popov V.N., Ruge E.K., Starkov A.A. 2003 The effect of electronic transport inhibitors on the formation of active forms of oxygen during the oxidation of succinate by pea mi-tochondria. Biochemistry (Mosk.). 68 (7) : 743-757.
https://doi.org/10.1023/A:1025078815819
 
10. Rusina I.F., Karpukhin O.N., Kasaykina O.T. 2013. Chemiluminescent methods in the study of inhibited oxidation. Russ. J. Phys. Chem. B. 7 (4) : 463-447. Doi: org/10.1134/S1990793113040192
https://doi.org/10.1134/S1990793113040192
 
11. Ryzhkina I.S., Murtazina L.I., Kiseleva Yu.V., Konovalov A.I. 2009. Properties of supramolecular nanoassociates formed in aqueous solutions of low and ultra-low con-centrations of biologically active substanc-es. Doklady Physical Chemistry. 428 (2) : 201-205.
https://doi.org/10.1134/S0012501609100029
 
12. Ryazantseva N.V., Novitsky V.V., Chasov-skikh N.Yu. Kaigorodova N.V., Starikova E.G., Starikov Y., Radzivil T.T., Krat I.V. 2009. The role of redox-dependent signaling systems in the regulation of apoptosis in ox-idative stress. Cell Tissue Biol. 3 (4): 311-316.
https://doi.org/10.1134/S1990519X09040014
 
13. Kharitonov S.V. 2005. Onkoprotektornoye deystviye nekotorykh antioksidantov na modeli eksperimental'nogo kantserogeneza (Oncoprotective effect of certain antioxi-dants on the model of experimental carcino-genesis). Volgograd : 86 p.
 
14. Chechet O.Yu. 2010. The effect of new 3-hydroxypyridine derivatives on the process of free radical oxidation of proteins. Saransk : 156 p.
 
15. Shlyapintok V.Ya., Karpukhin O.N., Post-nikov L.M., Zakharov I.V., Vichutinsky A.A., Tsepalov V.F. 1966. Chemiluminescent metody issledovaniya medlennih himich-eskih processov (Chemiluminescent meth-ods for the study of slow chemical process-es). Moscow : 300 p.
 
16. Shugaeva N.A., Vyskrebentseva E.I., Ore-khova S.O., Shugaev A.G. 2007. Effect of water deficiency on the respiration of con-ducting bundles of sugar beet chard. Russ. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). 54 (3): 329-335.
https://doi.org/10.1134/S1021443707030065
 
17. Emanuel N.M., Gal D. 1984.Okislenie ethylbenzola (model'naya reakciya) (Ethylbenzene oxidation (model reaction)). Moscow : 376 p.
 
18. Fletcher B.I., Dillard C.D., Tappel A.L. 1973. Measurement of fluorescent lipid peroxida-tion products in biological systems and tis-sues. 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 supercom-plexes. Bichem. Biophys. Acta. 1837 (4) : 427-443.
https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2013.11.002
 
20. Grabelnych O.I., Sumina O.N., Funderat S.P., Pobezhimova T.P., Voinikov V.K., Kole-snichenko A.V. 2004. The distribution of electron transport between the main cyto-chrome and alternative pathways in plant mitochondria during short-term cold stress and cold hardening. J. Thermal Biol. 29 : 165-175.
https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2004.02.002
 
21. Goba I., Liepinsh E. 2013. 15N NMR of 1,4-dihydropyridine derivatives. Magn. Reson. Chem. 51 (7) : 391-396.
https://doi.org/10.1002/mrc.3959
 
22. Halliwell B., Gutteridge J.M.C. 2007. Free Radicals in Biology and Medicine. Oxford : 851 p.
 
23. Munoz-Pinedo C., Guıo-Carrion A., Gold-stein J.C., Fitzgerald P., Newmeyer D.D., D., Green R. 2006. Different mitochondrial inter membrane space proteins are released dur-ing apoptosis in a manner that is coordinate-ly initiated but can vary in duration. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103 (31) : 11573-11581.
https://doi.org/10.1073/pnas.0603007103
 
24. Paradies G., Petrosillo G., Pistolese M., Venosa N., Federici A., Ruggiero F.M. 2004. Decrease in mitochondrial complex I activi-ty in ischemic/perfused rat heart. involve-ment of reactive oxygen species and cardi-olipin. Circulation Res. 94 : 53-59.
https://doi.org/10.1161/01.RES.0000109416.56608.64
 
25. Petereit J., Katayama K., Lorenz Ch., Ewert L., Schert P., Kitsche A., Wada H., Frentzen M., Braun H.P., Eubel H. 2017. Cardiolipin supports respiratory enzymes in plants in different ways. Front Plant Sci. 8 : 72. Doi: 10.3389/fpls.2017.00072
https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00072
 
26. Plotnikov E., Chupyrkina A., Vasileva A., Kazachenko A., Zorov D. 2008. The role of reactive oxygen and nitrogen species in the pathogenesis of acute renal failure. Biochim. Biophys. Acta. 1777 : S58-S59.
https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2008.05.231
 
27. Popov V.N. 2003. Possible role of free oxi-dation processes in the regulation of reactive oxygen species production in plant mito-chondria. Biochem. Soc. Trans. 31 : 1316-1317.
https://doi.org/10.1042/bst0311316
 
28. Pryor W.A., Porter N.A. 1990. Suggested mechanisms for the production of 4-hydroxy-2-nonenal from the autoxidation of polyunsaturated fatty acids. Free Radical Res. Commun. 8 : 541-543.
https://doi.org/10.1016/0891-5849(90)90153-A
 
29. Sweetlove L.J., Heaslewood J.l., Herald V., Hortzapffel R., Day D.A., Leaver C.J., Millar A.N. 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
 
30. Vladimirov Yu.A., Olenev V.I., Suslova T.V., Cheremisina Z.V. 1980. Lipid peroxidation in mitochondrial membrane. Adv. Lipid Res. 17 (1) : 173-249.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-024917-6.50011-2
 
31. Zhigacheva I., Generozova I.,Shugaev A., Misharina T., Terenina M. Krikunova N. 2015. Organophosphorus plant growth regu-lators provides high activity complex I mito-chondrial respiratory chain Pisum sativum L. seedlings in conditions insufficient mois-ture. Ann. Res. Rev. Biol. 5 (1) : 85-96.
https://doi.org/10.9734/ARRB/2015/12378
 
32. Zhigacheva I. Biryukov V., Mil' E. 2016. Partial loss of cytochrome C by mitochon-dria of pea seedlings under conditions of water scarcity. International J. Scientific Re-search in Science, Engineering and Technol-ogy. 2 (5) : 369-376.