Другие функции аскорбиновой кислоты

Аскорбиновая кислота является кофактором ферментов. Цинга — это главным образом результат нарушения данной функции. Аскорбиновая кислота необходима как кофактор для железосодержащих диоксигеназ. Диоксигеназы катализируют включение 02 в органические соединения. Наиболее изученная диоксигеназа — 4-пепти- дил-пролилгидроксилаза млекопитающих, которая в полости эндомембран превращает пролин в составе проколлагена в 4-гидроксипролин. Это превращение необходимо для принятия коллагеном нативной вытянутой трехцепочечной конформации.

У растений также происходит гидроксилирование пролина в составе многих се- кретируемых белков, катализируемое специфической диоксигеназой. Гидроксипро- лином обогащен экстраклеточный белок экстенсии, арабиногалактановые белки, некоторые фитолектины. Кроме того, изучены растительные диоксигеназы, участвующие в биосинтезе фитогормонов этилена, гиббереллинов, абсцизовой кислоты.

Большая часть диоксигеназ использует в качестве косубстрата 2-оксоглутарат, поэтому их еще называют 2-оксоглутарат-зависимыми диоксигеназами (2-000$ — 2-oxoglutarate-dependent dioxygenases). Кроме того, многим из этих ферментов для катализа необходима аскорбиновая кислота. Эта зависимость у них выражена в разной степени. Наиболее сильную зависимость от аскорбата проявляет оксидаза, катализирующая последнюю реакцию на пути синтеза фитогормона этилена — окисление аминоциклопропанкарбоновой кислоты (АЦК). Оксидаза АЦК использует аскорбат в качестве косубстрата и не нуждается в 2-оксоглутарате. На 1 моль синтезированного этилена затрачивается 1 моль восстановленной аскорбиновой кислоты.

Сильная зависимость от аскорбата наблюдается у пролилгидроксилаз животных и растений. Если подавить их активность у растений, то содержание аскорбата возрастает в 2-2,5 раза. Таким образом, значительная часть аскорбата у растений расходуется на синтез богатых оксипролином белков клеточных стенок. Механизм участия аскорбата в каталитической активности пролилгидроксилаз наиболее полно изучен на примере 4-пептидил-пролилгидроксилазы проколлагена (рис. 41).

Первый шаг этой реакции состоит в окислительном декарбоксилировании 2-оксоглутарата с помощью одного атома молекулярного кислорода. В результате образуется янтарная кислота (сукцинат), выделяется С02, а Бе2+ в активном центре фермента переходит в форму феррил-иона Ее3Ю” — высокореактивного комплекса железа с кислородом. Затем с помощью этого комплекса происходит гидроксилирование остатка пролина в составе проколлагена, и фермент возвращается в исходное состояние. Однако в так называемом несопряженном реакционном цикле образование феррил-иона может происходить без последующего гидроксилирования пролина. В несопряженном реакционном цикле для возвращения фермента в исходное

Участие аскорбата в каталитической активности диоксигеназ (на примере 4-пепти- дил-пролилгидроксилазы проколлагена) (по

Рис. 41. Участие аскорбата в каталитической активности диоксигеназ (на примере 4-пепти- дил-пролилгидроксилазы проколлагена) (по: Streller, Roth, 2009).

В черной рамке — сопряженный, в серой рамке — несопряженный циклы активности фермента

состояние используется аскорбиновая кислота. В отсутствие АК пролилгидроксилаза быстро инактивируется в результате самоокисления.

В биосинтезе гиббереллинов участвует несколько групп 2-оксоглутарат-зави- симых диоксигеназ, среди которых центральную роль играют ГА20-оксидазы и ГАЗ- гидроксилазы, работа которых необходима для превращения неактивных С20-гиб- береллинов в биологически активные С)9-гиббереллины. Однако зависимость этих ферментов от АК мало изучена. То же касается диоксигеназы 9-цмс-эпоксикаротиноидов, разрывающей каротиноиды на пути биосинтеза фитогормона абсцизовой кислоты.

Еще одна очень важная диоксигеназа, для работы которой необходима АК, — это 4-гидроксифенилпируватдиоксигеназа. Она катализирует образование гомогентизи- новой кислоты — метаболического предшественника токохроманолов (витаминов Е) и пластохинонов (см. рис. 54).

Аскорбиновая кислота участвует не только в работе диоксигеназ, она нужна некоторым монооксигеназам. Например, с ее помощью происходит образование ДОФА — 3,4-дигидроксифенилаланина (рис. 42). Фермент тирозингидроксилаза, катализирующий превращение тирозина в ДОФА, в качестве косубстрата использует тетрагидробиоптерин (ТГП), который в процессе реакции окисляется до дигидробио- птерина (ДГП). Регенерация ТГП из ДГП происходит в результате окисления АК.

ДОФА выступает предшественником в биосинтезе ряда нейромедиаторов: дофамина, норадреналина и других. Дофамингидроксилаза, превращающая дофамин в норадреналин, также является АК-зависимой монооксигеназой. У растений ДОФА образуется на пути синтеза пигментов беталаинов, например амарантина.

Аскорбиновая кислота нужна для 7а-холестеринмонооксигеназы, участвующей

Участие аскорбата в синтезе нейромедиаторов дофамина и норадреналина (по

Рис. 42. Участие аскорбата в синтезе нейромедиаторов дофамина и норадреналина (по: Ебапскеп е. а., 2000). ДГП —дигидробиоптерин, ТГП — тетрагидробиоптерин

в катаболизме холестерина и синтезе желчных кислот. У растений важной функцией АК является участие в виолаксантиновом цикле, регулирующем размер светособирающих антенн в зависимости от условий освещения листа. Превращение в условиях высокой инсоляции виолаксантина, собирающего энергию света, в зеаксантин, ее рассеивающий, происходит при участии виолаксантиндеэпоксидазы, которая использует АК в качестве восстановителя.

Важная роль аскорбиновой кислоты еще и в том, что у растений она — метаболический предшественник щавелевой кислоты. В животном организме оксалат, откладывающийся в виде камней во внутренних органах или выводимый из организма с мочой, образуется в основном не из аскорбата, а из аминокислот — серина, глицина, оксипролина. У растений щавелевая кислота участвует в поддержании Са2+- гомеостаза, так как она хелатирует ионы кальция. Винная кислота, накапливающаяся в ряде сочных плодов, особенно в ягодах винограда, также образуется из аскорбиновой кислоты.

У растений аскорбиновая кислота, помимо рассмотренных выше функций, участвует в регуляции деления и растяжения клеток. Существует немало данных о стимуляции деления клеток в меристемах с помощью аскорбиновой кислоты. Напротив, снижение ее содержания тормозит деления. Например, в клетках покоящегося центра корня, деление которых заторможено, уровень АК очень низкий в силу высокой активности аскорбатоксидазы.

Механизм влияния АК на деление клеток мало изучен. Предполагается, что ее влияние осуществляется через пролилгидроксилазы, необходимые для синтеза экстраклеточных оксипролинбогатых белков. Поэтому подавление активности про- лилгидроксилаз ведет к прекращению клеточных делений. Среди белков, обогащенных гидроксипролином, особая роль в регуляции делений отводится арабиногалак- тановым белкам, которые располагаются на границе плазмалеммы и целлюлозной клеточной стенки.

Существует немало доказательств тому, что аскорбиновая кислота, находящаяся в клеточных стенках, регулирует скорость растяжения клеток. Такие данные начали появляться еще в 1950-е годы, когда было показано, что под действием ауксина — фитогормона, ускоряющего растяжение клеток, — происходит увеличение аскорбат - оксидазной активности в клеточных стенках ряда растений. Полвека спустя прямая связь активности этого фермента со скоростью роста клеток была доказана методами генной инженерии. Трансгенные растения табака с активностью аскорбатоксидазы, в 40 раз превышающей нормальную, отличались ускоренным ростом и более крупными размерами, однако они были более чувствительны к озону.

В 1990-х годах были опубликованы любопытные данные о том, что добавлением МДАК, но не АК, можно вызвать быстрое растяжение клеток корня лука. Было предложено следующее объяснение этого эффекта: МДАК восстанавливается за счет электронов, транспортируемых из клетки, что вызывает деполяризацию плазматической мембраны, деполяризация стимулирует АТФазную протонную помпу, подкисляющую клеточную стенку и тем самым увеличивающую ее растяжимость, а следовательно, и скорость роста клеток. Существует и другое объяснение. Оно состоит в том, что редокс-статус клеточных стенок, зависящий от аскорбата, может восприниматься сигнальными системами, регулирующими скорость роста.

Приведем основные процессы, связанные с взаимопревращениями АК-ДАК по обе стороны плазматической мембраны растительной клетки (рис. 43). Поступающая в клеточную стенку восстановленная аскорбиновая кислота окисляется молекулярным кислородом под действием аскорбатоксидазы. Кроме того, она окисляется АФК: озоном и пероксидом водорода. Так как аскорбатпероксидазная активность в клеточных стенках очень низкая, восстановление Н,02 достигается при участии гваяколпе- роксидаз. Эти ферменты окисляют фенольные вещества до феноксильных радикалов (РЬО-), которые затем восстанавливаются, окисляя АК. Окисленная аскорбиновая кислота может быть восстановлена с помощью электронов редокс-цепи плазмалеммы либо транспортирована в цитоплазму и восстановлена при участии глутатион-за- висимой редуктазы ДАК. Возможно также, что взаимопревращение АК-ДАК играет роль в переходе клеток от деления к растяжению, ведь для деления требуется больше восстановленного аскорбата, а для растяжения — окисленного.

Аскорбат может быть не только антиоксидантом, но и прооксидантом, так как он поддерживает переходные металлы железо и медь в восстановленной форме. Хоро-

Функции АК в клеточных стенках растений и пути ее регенерации (по

Рис. 43. Функции АК в клеточных стенках растений и пути ее регенерации (по: Smirnoff,

1996)

шо известно, что если смешать в пробирке пероксид водорода, АК и соль железа или меди (FeCl3 или СиС12), то произойдет образование гидроксил-радикала:

Фактически аскорбат обеспечивает протекание реакции Фентона. Эта содержащая аскорбат смесь вызывает сильнейший окислительный стресс. Кроме того, с помощью этой смеси можно многократно увеличить растяжимость клеточных стенок in vitro и даже вызвать ускорение роста растяжением!

В 1998 г. Стивен Фрай обнаружил, что в присутствии Н202, аскорбиновой кислоты и СиС12 происходит быстрое снижение вязкости гемицеллюлоз, и объяснил это явление разрезанием гемицеллюлозных цепей с помощью 'ОН. Гидроксил-радикал образуется в результате восстановления аскорбиновой кислотой Си2+ до Си+ и последующей реакции Фентона: Си+ + Н202->Си2+ + 0Н“ + ‘0Н. Предположение об участии ‘ОН в разрезании полисахаридных цепей было подтверждено методом электронного парамагнитного резонанса. В работах Питера Шопфера и его сотрудников (2001 — 2004) было показано, что инкубация в среде, где протекает реакция Фентона, приводит к увеличению растяжимости изолированных клеточных стенок и ускорению роста клеток растяжением, хотя и кратковременному, так как эта смесь также вызывает окислительный стресс, повреждает мембраны. Причем данный эффект авторы продемонстрировали на разных объектах: колеоптилях и корнях кукурузы, гипокотилях сои, огурца, подсолнечника.

Таким образом, роль аскорбиновой кислоты у растений многообразна. Неудивительно, что у мутантов по биосинтезу АК наблюдается замедленный рост, аномалии в развитии органов, ускорение старения листьев, гиперчувствительность к ряду стрессоров, особенно к озону. Наиболее изученный аскорбатдефицитный мутант — vtcl (vitamin С) арабидопсиса. Он был выявлен посредством скрининга мутантов на гиперчувствительность к озону.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >