Альтернативная оксидаза Впервые белок АО был получен из

Альтернативная оксидаза Впервые белок АО был получен из мтх Sauromatum guttatum Термогенез ароидных растений Arum maculatum, Symplocarpus foetidis, Sauromatum guttatum, Philodendron selloum. АО обнаружена у E. coli, Paracoccus denitrificans, Trypanosoma, водорослей и всех семенных растений.

Альтернативная оксидаза (АО) относится к семейству di-iron белков R-2 типа Обнаружена у E. coli, Paracoccus denitrificans, простейших Trypanosoma, водорослей и всех семенных растений. Впервые белок АО был получен из мх Sauromatum guttatum

межмембранное пространство матрикс С S SH N В мембране Мх: мономерная или димерная форма один полипептид ( М. В. ~ 32 к. Да) один ядерный ген АОХ 1 S HS N C

Механизм работы АО точно неизвестен 2 QH 2 +O 2 → 2 Q + 2 H 2 O Признаки активации альтернативного дыхания: Усиление поглощения О 2 Выделение тепла На уровне АО разделения зарядов на мб нет

Са 2+ ДГex III I Q/QH 2 пул ДГin НАД Н О 2 НАДФН АО II О 2 • Н 2 О ДГin Са 2+ НАД Н IV Н 2 О Электронные потоки в дыхательной цепи распределяются по цитохромному и альтернативному пути согласно активности двух терминальных оксидаз, которые конкурируют за электроны.

Гипотеза свехпотока через АОХ

Функции АО Термогенез Устойчивость к цианиду Стресс устойчивость: активация пластического обмена защита от активных форм кислорода

• Термогенез в цветках некоторых растений связан с терморегуляцией: • При понижении температуры воздуха температура тканей цветка остается постоянной , а скорость поглощения кислорода возрастает. При повышении температуры воздуха скорость дыхания падает

• t воздуха t цветка • Symplocarpus foetidis +3 -+240 +16 -+ 260 • Philodendron selloum +4 -+390 +39 -+ 440 • Существуют точки, (switchig temperature) за пределами которых «терморегуляция» не действует

Sauromatum guttatum

Symplocarpus foetidis

Примеры термогенеза При цветении ароидных ПРИ РАЗВИТИИ ПЫЛЬЦЕВОГО ЗЕРНА ПРИ РАЗВИТИИ КОРНЕЙ ПРОРОСТКОВ БОБОВЫХ (маша, сои, гороха), ЯЧМЕНЯ СОЗРЕВАНИЕ ПЛОДОВ (климактерический подъем дыхания при созревании фруктов) ПРОРАСТАНИЕ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ РАСТЕНИЙ СТАРЕНИЕ СРЕЗОВ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ В фотосинтезирующих тканях содержание АО выше

Еще один участник термогенеза у растений UCP (uncouple protin). Механизм разобщающего действия с участием жирных кислот. межмембран ное пространство RCOO-+ H+ RCOOH RCOOUCP матрикс RCOOH UCP (unсouple protein) H+ RCOO- Ядерные гены Экспрессия на холоду

• Слабый термогенез при участии АО и UCPбелков возможно имеет место при адаптации растений к низким температурам.

Цианидрезистентное дыхание • Функцией АО может быть поддержание дыхания при подавлении основного пути цианидом

Откуда берется цианид? Цианкогенные гликозиды CN глюкоза – О – C – СН 3 R R – CH 3 (ЛИМАРИН) Trifolium sp. , Maniholt sp. R – фенил (ПРУНАЗИН) Vicia sp. , Sorghum sp. , Linum sp.

CN глюкоза – О – C – СН 3 H 2 O R линамараза глюкоза CN НО – C – СН 3 ЦИАНОГИДРИН АЦЕТОНА НCN + О C – СН 3 ацетон лиаза

• Цианкогенные гликозиды продуцируют 2500 -3000 видов растений сем. бобовых, розоцветных, мимозовых. • Клевер, кассава, лен, сорго, лотос, гевея, пассифлора, ячмень, абрикос, акации

Manihot esculenta , кассава 100/500 мг/кг

• HCN образуется при биосинтезе этилена как побочный продукт

Регуляция активности АО на транскрипционном уровне на посттрансляционном уровне

Интенсивность АД зависит от содержания белка АО в мембране, т. е. от интенсивности экспресии гена Аох1.

АКТИВАЦИЯ СИНТЕЗА АО de novo ПРИ СТРЕССЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СТРЕСС ВНЕДРЕНИЕ ПАТОГЕНА ПОРАНЕНИЕ ЗАСОЛЕНИЕ ЗАСУХА ДЕФИЦИТ ФОСФОРА, АЗОТА ВОДНЫЙ ДЕФИЦИТ ПРИ ДЕЙСТВИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ГЕРБИЦИДОВ

• При действии стрессов разной природы в растительной клетке наблюдается окислительный стресс, который сопровождается накоплением перекиси водорода. • Накопление перекиси коррелирует с быстрым появлением в клетках м. РНК АО и активацией альтернативного дыхания. • Экспрессию гена Аох можно вызвать условиями, при которых в митохондриях накапливается перекись или прямой обработкой перекисью

• АО предотвращает образование в цепи супероксидрадикала и от ее активности зависит устойчивость к окислительному стрессу • Альтернативный путь дыхания – важный фактор в устойчивости растений к окислительному стрессу, вызванному внешними факторами разной природы.

БИОХИМИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ОКСИДАЗЫ С 122 S S мало. АКТИВНА SH SH SH тиоредоксин НАДФН SH АКТИВНА

• В восстановленном состоянии АО аллостерически активируется пируватом и другими кетокислотами.

Пируват ЦТК НАДН I Q/Q 2 III IV O 2 AO O 2

Обобщающая схема Са 2+ ДГex III I Q/QH 2 пул ДГin НАД Н О 2 Н 2 О ДГin Са 2+ НАД Н IV НАДФН АО II О 2 Н 2 О

+ 4 Н НАДФН I ДГex + ДГex e- Q ротенон IV e- АО ДГin НАДН НАДФНСукцинат Цит с III e- НАДН n. Н+ e- II ДГin 2 Н+ 4 Н АТФ синтаза О 2 Н 2 О SHAM О 2 АНТИМИЦИН А Н 2 О СО CN- АДФ АТФ ОЛИГОМИЦИН

Таким образом, система трансформации энергии включает следующие основные компоненты: - замкнутая сопрягающая мембрана; - локализованная в мембране ЭТЦ; -трансмембранный электрохимический протонный градиент, генерируемый работой цепи; -АТФ синтаза, катализирующая синтез АТФ из АДФ и Фн за счет энергии +.

АТФ-синтетаза ( F 1 F 0 АТФаза, или Н+АТФ-аза F – типа)

Дыхательный контроль субстрат Поглощение О 2 в % 1 2 АДФ 3 АДФ 4 2 6 10 14 Время, мин Если митохондрии удалось выделить без существенного повреждения мембран, то скорость поглощения О 2 будет четко зависеть от присутствия в реакционной среде АДФ

Механизм дыхательного контроля основан на прямом ингибирующем влиянии Н+ на электронный транспорт. Возможно, на комплексе IV есть сайты (расположенные на одной из обращенных в матрикс субъединиц), в которых прямо могут связываться АТФ и АДФ.

Разобщение электронного транспорта с синтезом АТФ играет важную роль в метаболизме как животных, так растений.

Физиологическая функция разобщения в растительном метаболизме связана, видимо, только с регуляцией электронного транспорта. Функцией разобщения может быть также защита от окислительного стресса.

Циркуляция ионов через мембраны – фундаментальный процесс клеточной биологии. Другие АТФазы. Н+ АТФазы F- типа, Н+ АТФазы V- типа и Н+ АТФазы Р- типа. Все АТФазы – обратимые сопрягающие системы, которые способны к взаимопревращению энергии ионных градиента и макроэргической связи в молекуле АТФ.