Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

х содержится индолилуксусная кислота, являющаяся регулятором роста. Термин «гормон роста» был предложен в 1925 г. Г. Зедингом. Учение о природных регуляторах роста растений активно развивали Ю. Сакс, Ф. В. Вент и Н. Г. Холодный. В 30-е годы М. X. Чайлахян разработал гормональную теорию развития растений и высказал предположение о существовании гормона цветения.

Инлолилуксусная кнслота является главным представителем ауксинов (от греч. rxT/avo — расту) — группы природных соединений, стимулирующих клеточное деление (митоз), корнеобразо-вание, дыхание и синтез белка в растениях. Впервые она была аыде лена в 1931 г. Ф. Кеглем из мочи вегетарианцев и лишь позднее была обнаружена в растениях. Ф. Кёгль расшифровал и строение индо-лилуксусной кислоты. К настоящему времени из различных растений выделены также многочисленные производные индолилуксус ной кислоты: амид и нитрил (цитрусовые), 3 индолилпироаино градная кислота (кукуруза), 3 индолилметанол и 3-индолилэтанол

Н

3 Индолилунсу ная нислота СООН Амид 3 индоли ун у н й ни лоты CONHu Нитрил 3 индолилун у й кислоты C = N 3-Индолилпировиноградная нислота СОСООН 3-Индолилметанол ОН 3 И д ил тан СНвОН 3 Индоли пролионовая нислота СН2СООН 3 Индолнлмасляная нислота СНяСН^СООН

И

4-Хлор 3 индолилун усная нислота

Ф нилунсу нал нислота

(огурцы), Э-индолилпро пионовая, 3-й ндолил масляная, 4-хлор-3-индолилуксусная кислоты и ряд других соединений. Весьма вероятно, что их биологическая активность связана с превращением в тканях растений в индолилуксусную кислоту, но наиболее вероятным ее биосинтетическим предшественником считается триптофан. Во многих растениях ауксином является фенилуксусная кислота или ее амид. Биологическая активность этих соединений существенно ниже, чем индолилуксусной кислоты, но содержание их в тканях значительно выше.

Ауксины и большое число их синтетических аналогов широко применяются а растениеводстве при пересадке деревьев, размножении посадочного материала путем черенкования и в других случаях.

Гиббереллины впервые обнаружены японским исследователем Е. Куросава а 1926 г. в культуре фитопатогенного гриба Gibberella fujikuroi как факторы, вызывающие резкое удлинение рисовых побегов («баканэ», или «бешеные всходы», «глупый рис»). В конце 50-х годов было доказано, что гиббереллины являются продуктами жизнедеятельности растений, и в настоящее время их известно более 90. Строение первого представителя гиббереллинов — гиббе-релловой кислоты, или гиббереллина Ai(rA>), было установлено Б. Е. Кроссом и П. Дж. Кёртисом в 1954 г. Гиббереллины представляют собой тетрациклические моно-, ди- и трикарбоновые кислоты дитерпенондной (C19 и С2и) природы. Широкому и быстрому развитию исследований этой группы соединений в значительной мере способствовало применение метода хромато-масс-спектрометрии.

717

Гибберел ин A R ОН Гиббереллин A R Н

СН,

U

CICH-CH-N-CH, CI I

Хлорхолинхлорид (хлормекват)

Регуляторы роста и развития растений

Кегль |Kdgl) Фриц (1897—1959). немецкий химик-органик. Окончил Высшую техническую школу в Мюнхене. Основное направление работ — химия природных соединений. Определил строение ряда природных красителей из грибов и бактерий. Выделил индолилуксусную кислоту (1934), определил ее структуру и показал, что она является гормоном роста растений. Открыл витамин Н (биотин).

Гиббереллины выделяют практически из всех частей растений; их запасные и транспортные формы представляют собой гликозиды и комплексы с белками. Место биосинтеза гиббереллинов — корни, верхушечные стеблевые почки и разаивающиеся семена. Имеются данные, что гиббереллины синтезируются в побегах, затем транспортируются в корни, где трансформируются в активные формы, после чего снова аозвращаются в побеги, где и проявляют стимулирующий эффект. Механизм их биологического действия исследован недостаточно. Известно лишь, что в зернах ячменя они изменяют свойства мембран и индуцируют синтез а-амилазы, а в тканях ряда других растений изменяют наборы РНК и функционирующих ферментов.

В основе практического использования гиббереллинов, среди которых наиболее активными являются гиббереллины ГАз и ГА?, лежит способность стимулировать рост стебля, увеличивать размеры плодов, изменять форму и величину цветков, ускорять прорастание

718 семян, индуцировать па рте но карп ию (образование бессемянных

- плодов, в частности бескосточкового винограда) и т. п. Стимули-

Ниэкомолекулярные рующий эффект гиббереллинов снимается ретардантами — синте-

биорегуляторы тическими соединениями, нарушающими биосинтез гиббереллинов

и тем самым вызывающими образование короткостебельных растений. Применение ретардантов имеет большое практическое значение в борьбе с полеганием злаков; одним из наиболее известных среди них является хлорхолинхлорид (ССС, хлормекват).

Цитокинины — вещества, стимулирующие клеточное деление (цитокинез), были открыты в период интенсивной разработки методов выращивания тканевых культур, когда выяснилось, что среды, помимо питательных веществ, должны содержать также некие дополнительные компоненты, такие, например, как дрожжевой экстракт или ростовой фактор из молока кокосовых орехов. В 1955 г. из препаратоа ДНК дрожжевое экстракта и молок сельди Ф Скугом было выделено в индивидуальном состоянии первое вещество с ци токининовой активностью — 6-(2-фурфурилметиламино)-пурин, или кинетин, а первый растительный цитокинин — зеатин был извлечен из кукурузы Д. С. Летамом в 1964 г. Другие природные представители этой группы фитогормонов также являются Ne-npo-изводными аденина, например изопентениладенин, а в растениях они часто встречаются в виде менее активных рибозидов и рнботи дов. Интересно, что цитокинины входят в качестве одной из составных частей в структуры некоторых транспортных РНК растений (сериновой и тирозиновой).

Цитокинины принимают участие в процессах роста и дифференциации клеток, поэтому их применяют для ускорения прорастания семян, стимуляции роста почек и плодов, задержки процессов увядания. Из исследований Д. Э. Фокса и О. Н. Кулаевой следует, что механизм их биологического действия связан, по-аидимому, с усилением биосинтеза ДНК, РНК и белка, а также влиянием на функционирование биологических мембран.

Абсцизовая кислота (от англ. abscission — опадение, отнятие) — высокоспецифичный эндогенный ингибитор высших растений. Впервые выделена в 1963 г. иэ молодых плодов хлопчатника Ф. Т. Э. Эддикотом и К. Окумой, а спустя два года те же авторы определили ее строение как представителя сесквитерпеноидоа. Из растений выделен ряд родственных соединений, среди которых наиболее известен ксантоксин, а также получены многочисленные синтетические аналоги абсцизовой кислоты.

Абсцизовая кислота переводит растения в состояние покоя. При созревании плодов ее количестао резко увеличивается (например, в созревающих грушах — в 10 раз); она вызывает опадение листьев и плодов, увядание. Важное свойство абсциэовой кислоты — влияние на устьичный аппарат растений: обработка растений абсцизовой кислотой (закрытие устьиц) помогает им противостоять засухе. С точки зрения физиологического действия абсцизовая кислота выступает как антагонист гиббереллинов, а цитокинины в свою очередь, ослабляют ее действие.

Характерно, что всеми свойствами истинных фитогормонов обладает этилен. Он образуется главным образом во фруктах из S аденозилметионина, причем этот процесс протекает через промежуточное образование 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты и индуцируется нндолилуксусной кислотой. Этилен регулирует старение различных органов растений, ускоряет 'опадение листьев, дозревание плодов, тормозит рост корней, побегоа и потому используется на практике для ускорения дозревания фруктов и увеличения их сахаристости. Помимо этилена широко применяется также ряд синтетических соединений, способных разлагаться в растительных тканях с выделением этилена; наиболее известным среди них является хлорэтилфосфоновая кислота, или этрел. Механизм биологического действия этилена, по-видимому, состоит во взаимодействии со специфическими белками клеточных мембран и в торможении биосинтеза нндолилуксусной кислоты.

Регуляторы роста и развития растений

NH ¦

ОН ОН

I

H,N СООН

1— Аммноциклопропвн—] _ карбонов а я кислота

СН2= CHj

Этилен

о

II

НО— Р

сн,—сн —а

он

Этрел

720

Низко мо пекулярные биорегуляторы

Недавно открыта новая группа фитогормонов олиго ахариднои природы, на изанных слнгосахарннамн, изучение которых существенно расширило и изменило понимание некоторых а пектоп проблемы химической per ляцин ра тений. Олнгисаха рины, представляющие собой короткие, обычно семи-, восьмичленные разветвленные олигосахаридные цепочки из простых моносахаридных звеньев (например, глюкозы), оказались весьмв специфичными регуляторами процессов роста, развития, размножения и включения различных защитных механизмов растений. В отличие от уже описанных фнтогормонов, оказывающих многостороннее действие, каждый олигосахарин передает сигнал, регулирующий строго определенную функцию. Олигосахарины отщепляются от полисахаридов клеточной стенки растений под действием специфических ферментов самих растений или насекомых-вредителей, причем активаторами этих ферментов часто оказываются ауксины и гиббереллины.

В последние годы из растений и паразитирующих на них микроорганизмов выделено много ноаых стимуляторов и ингибиторов роста. Их содержание в растительных организмах чрезвычайно мало, и поэтому успехи в выделении и выяснении строения этих соединений связаны прежде всего с использованием новейших физико-химических методов (высокоэффективной жидкостной хроматографии, масс-спектрометрии и т. п.). Поиски их активных синтетических аналогов, несомненно, приведут к новому поколению практически ценных препаратов.

Аспарагус овая

Кукурбиновая кислота Вернопепин кислота

К числу такого рода стимуляторов относится, например, три-аконтанол — высший спирт, обнаруженный в люцерне. Интересно, что урожвй томатов, ячменя, злаков или риса повышается на 10—40% при выращивании на участках, где до этого возделыва-лась люцернв, и аналогичный эффект дает внесение в почву измельченных растений люцерны. Сходное действие оказывают дигидро-конифериловый спирт и фузикокиин; последний выделен из культуры патогенных для персиков микроорганизмов и по активности напоминает гиббереллины. Стероидный полиол брассннолид, выделенный из пыльцы сурепки и семян рапса, в концентрациях 10 1 М является высокоэффективным стимулятором роста риса, рапса и чая.

Среди многочисленных природных ингибиторов, которые в короткий срок приводят растения в состояние покоя и сдерживают принудительное прорастание семян, можно упомянуть бататасины, выделенные из зимующих почек диоскорен, а также подолвктон и аналогичные дитерпеновые лвктоны из различных видов Podocar-pus, являющиеся ингибиторами митоза растительных клеток. Кроме того, весьма интересны аспарагусовая кислота, обнаруженная в спарже и близкая по структуре липоевой кислоте (см. с. 690), и вернолепин, не только ингнбирующин (формирование клеточной стенки, но и подавляющий рост опухолевых тканей. К этой же группе можно отнести кукурбиновую кислоту, подобную по строению простагландинам, и некоторые защитные вещества растений, обладающие высокой активностью по отношению к насекомым: анти-фиданты, фнтоэкдизоны, антиювеннльные гормоны (прекоцены) и ряд вналогичных по действию соединений (см. с. 780).

Многие вторичные метаболиты растений (прежде всего феноль-ные вещества, флавоноиды, терпеноиды, кислоты) способны надежно защищать растения от поражения микроорганизмами, низшими грибами и вирусами. Собирая смолистые выделения почек (березы тополя и некоторых других деревьев), пчелы, например, создают высокоэффективное средство защиты улья от микроорганизмов — прополис. В его состав входит большое число разнообразных соединений, каждое из которых не обладает высокой антимикробной активностью, но их комплекс обеспечиввет стерильность улья.

Некоторые защитные вещества синтезируются в растениях только в ответ на поражение, и их называют стрессовыми метаболитами, или фнтоалексинами (от греч. aAt?.o) — защищаю). Систему выработки алексинов растениями иногда образно называют иммунной системой растений, и действительно, она игрвет важнейшую роль в природе и должна обязательно учитываться при селекции новых сортов сельскохозяйственных растений. В качестве примера можно упомянуть фитоалексин квртофеля — ришитин. Выработка фито алексине является конечным звеном довольно длинной цепи событий: вначале патогенный микроорганизм или пораженная клетка растений, вероятно, секретирует грермент, отщепляющий от клеточной стенки олнгосахарин (см. с. 720), последний включает экспрессию набора генов, кодирующих ферменты, которые и осуществляют синтез фитоалексина.

721

Регуляторы роста развития растений

Тургорины (R-Н или SOaH)

Недавно стало известно (Г. Шильдкнехт, ФРГ! о новой группе регуляторов

внутриклеточного давления (тургора). движений и деятельно ти устьичного аппарата раетении. Эти вещества, названные тургоринами лредставляют i-обой гликозиды галловой кислоты.

Фитогормоны оказывают определенное влияние и на формирование пола растений. Так. ауксины и этилен способствуют образованию женских цветков, а гиббереллины (за немногим исключением) — мужских. Проблема детерминации пола у растений относится к сравнительно мало изученным вопросам биологии. Вместе с тем ее исследование имеет важное практическое значение, в первую очередь для решения задач селекции.

—--Антибиотики

Низкомолекулярные био регу л ято ры

Случаи антагонизма, т. е. угнетения развития одного микроорганизма другим (и соответствующий этому явлению термин «антибиоз»), были хорошо известны еще в прошлом веке. Однако термин «антибиотик» был введен 3. А. Ваксманом лишь в 1942 г., в широкое развитие химии, биохимии, биологии и медицинского применения антибиотиков началось после второй мировой войны.

Антибиотиками в ивстоящее время называют природные вещества (как правило, микробного, но также растительного и животного происхождения) и продукты их химической модификации, способные в низких концентрациях (10 а—102 мкг/мл) подавлять развитие бактерий, низших грибов, простейших, вирусов или клеток злокачественных опухолей.

За последние 40 лет применение внтибиотиков в медицине привело к практически полному искоренению губительных эпидемий и пандемий (например, чумы или холеры), в огромной мере снизило смертность при хирургических вмешательствах, родах, таких инфекционных заболеваниях, как туберкулез, менингит, сепсис, пневмония и др., причем не только в развитых странах, но и в большинстве развивающихся стран Азии, Африки и Латинской Америки. Это, в свою очередь, привело к радикальному снижению детской смертности, продлению средней продолжительности жизни.

Исследование антибиотиков оквзало большое влияние и на собственно науку о живом. Изучение механизмов действия антибиотиков показало, что они являются тонкими инструментами, способными избирательно влиять на функционирование тех или иных систем клетки. С их пом

страница 96
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.09.2017)