Введение к работе
І. Актуальность таїш. ;
Продуктивность зеленых растений, как известно, во многом зависит от вффективнэсти роботи их фотосинтетического аппарата (<КЗА), которая определяется ого способпостыэ к эффективной утилизации солнечной энергии на всех этапах развитая растительного организма, как в нормальных условиях, так и при действии стрессовых факторов. При этом ФСА, поглощая и преобразуя солнечную энергию, одновременно подвергается- и поврэкдаодбму, деструктивному действию солнечного света. Замочено, что фотояовреадеяю пигментного аппарата фотосинтеза усиливается при нарушении натнвности его мембранных структур,
под воздействием патогенных вирусов и. грибов, ионов тяжелігх метал-
лов, рез*дх колзСёняй температура, гербицидов, некоторых генатичэс-
тах ї.*7Тецзй п лрупс: факторов. Развитие, в результате указанных
воздействий, фотодасгруг'.ткЕНнх процессов в хлоропластах приводит к
иодпвлвкжо фотоететвза е, в случае необратимых повреждений, к табе
ля растений. їахет сораготі, устойчивость ФОА к псвреядгющеі.іу дэйст-
вш сврта является вгтакм факторен продуктпвшета растений и адап
тация ях к пеблЁГОпркягаш условиям средн." Очевидно, что изучение
танэкуядрннх кэгингагмав фотодеотрукцин ТСД при .действии факторов,
апюжЕЕСп его <[отоуоуойтагаость, ьшгвт вєкное значение для дальнэп-
ках исследовяЕка особенностей его фуккциогшровяккя, а также для
отбора уатоВчпшх п нродужтивзнх сортов растении. ...
Особый озтврво для изучения мэхвпизнов фотодеструкгіввнх про-.Ц8СС03 прелотвЕкявї іглаоо соэдшвана, стамулирущих процевЪ биосинтеза.хюруфшш (Хп> гг щивадюзех к разковд снішению фотоу'стойчиво-отн вод за счет кавегогаяаж в' хлоропластах избыточного количества Г20ї!ріювнт^д!ЮСВБ9вшкоа Хл. Згот іигасс соединений,. Называемых фотодашаиадсигмв гэрхйцвдакя, в нветощээ время активно изучается. Црэ^одчроптеч, тао ншнотваст-гася в отвот ш обработку фотогерби-иадсаа ррадаостюнсткя 2л. ваааэевг фотопоьрзздзнжэ пигментного апарата и wwfpaa'SCA яут«ш инициации фотоокислительных реакции с угасшие япрлорода. БкргзшЕнзв-зЕючвскяя и спектральная гвтерэген-гасть щгха їф»деапюЕНявов хлорофилла определяет необходимость аояовевяя »*8ханю»и не учестия в фотодэструктивннх реакциях, что и ішїж'сь'целые етіотояв^Я рйвотн. ..-
2. Цоль и задачи исследования.
Проводившиеся ранее исследования показали, что важная роль в развитіш повревдэшш ФСА под действием свэта, принадлежит молекулам Хл в возбужденном триплэтном состоянии и синглегному молекулярному кислороду (1о2), которые, наряду с другими активными формами кислорода - супероксид-анион-радикалом, гидроксильным радикалом и перекисью водорода, ишщиируюг фотодеструкгивше процессы [Красновский мл., Лебедев, Ковалев, Егоров, Литвин, 1975-1986, Asada et al, 1977; Knox, Dodge, 1985, Мерзляк и др., 1986]. Основная цель работы состояла в изучении способности молекул порфиринов, накапливающихся в хлоропластах при воздействии стимуляторов биосинтеза Хл, образовывать триплетное состояние и генерировать синглетный кислород. Методической основой для этого исследования послужила прямая регистрация триплетних молекул порфиринов и Хл, а также синглетного кислорода путем измерения их собственной фосфоресценции [Красновский, мл. и др., І97І-І982]. Бри выполнении настоящей работы били поставлены следующие задачи:
I)Исслэдовать фосфоресценцию Хл "а" и его биосинтетичвских предшественников в хлоропластах растений при обработка их стпїііуля-торами биосинтеза Хл.
2 Остановить корреляцию мевду эффективностью образования триплетного состояния молекул пигментов и снижением фотоустойчивости хлоропластов растений в результате воздействия стимуляторов биосинтеза Хл или факторов, нарушающих нативность ФСА.
3)Исследовать фотосенсибилизацию люминесценции синглетного молекулярного кислорода хлорофиллом и его предшественниками с целью выяснения возможности образования 1о2 в хлоропластах обработанных фотогербицидами растений.
3. Научная новизна.
Путем измерения фосфоресценции установлено образование триплетного состояния молекул предшественников Хл в листьях и хлоропластах растений, обработанных стимуляторами биосинтеза Хл: 5-Еминолевулиновой кислотой (АЛК), глутаминовой кислотой (ГлК) и хе-латорами металлов - 1,10-фенантролином (Ф) и 2,2'-дипиридилом (ДП). Сопоставление интенсивности фосфоресценции в листьях со степенью фотодинамического повреждения растений дало возможность оценить относительную эффективность порфириноБ и Хл "а" в развитии фотоде-структпшшх процессов, снижающих фотоусгойчивоогь ФСА.
Показано, что в листьях опытных растешгй спектры фосфоресценции и соотношения спектральных форм порфяринов л Хл, способных к эффективному'образованию триплетних молекул, сильно зависят от химической природа использованных фотогербицидов.
Обнаружено, что магний-протопорфирин, протохлорофиллид, хлорофилл "а" и, возможно, его Сезмагниевые аналоги наиболее эффективно образуют триплетное состояние в обработанных фотогербицидами растениях. Полученные данные свидетельствуют, что фотосонсибилизатора-ми фотоокислительных процессов в хлоропластах таких растеши преимущественно являются коротковолновые, вероятно, мономэрныо состояния молекул пигментов.
Обнаружена и исследована фотосенсибилизированная порфиринами и другими пигментами люминесценция колебательна-Еозбукденных и димер-шх молекул синглетного кислорода в растворах. Сделано заключение о возможном участии этих молекул в фотодеструктивішх процессах в клетке.
4. Практическое значение работы.
Улучшены технические характеристики установок для регистрации фосфоресценции пигментов, что позволило повысить чувствительность данного негода при изучении образования триплетних молекул пигментов в растворах и живых системах, а также генерация ими синглетного кислорода.
Установлено, что фотодинамическое действие стимуляторов биосинтеза Хл на растения обусловлено накоплением в них большого количества предшественников Хл в тех формах, которые эффективно образуют триплетявд состояния и способны к генерации СИНГЛ8ТНОГО кислорода. Это указывает на участив триплетних молекул пигментов и 1о2 в фотопоиреждвнли SCA и является вашшм для целенаправленного подбора новых аффективных фотогербицидов.
Показано, что метод измерения фосфоресценции может быть использован для экспресс-анализа Бффэктивности и механизма действия фотодинвмических гербицидов, а твккэ диагностики сшееєния фотоустойчивости ОСА при действии на растения стрэссоэдх факторов.
Полученные результаты по изучению фотофизических свойств растительных порфяринов и их аналогов могут быть использованы для разработки на их основе фармакологических препаратов для фото динамической терапии. Такое же значение может иметь л обнаружение свойства порфиринов инициировать образование димеров и колобатолыго-воз-
,/-4-
буКДеННЫХ МОЛекуЛ СИНГЛвТЕОГО КИСЛОрОДа. .''.''':'.\'-',ч...:. -,.:-..,'
Б. Апробация работы, . ';;' .' . * ^
Результаты работы докладывались на заседаниях кафедры физиоло--
гаи растений МГУ, на Всесоюзных конференциях: "Структурная динамика
биологических мембран и ее роль в регуляции фотобиологичерких и,
рецэпторшх процессов", І9Ш г., г. Минск; "Преобразование'световой
анергии в фотосинтезирукцих системах и их моделях", 1989 г., г. .
Пущшю; на II Съезде ВОФР, 1990 г., г. Минск; на меддународннх коя- '
ференциях: Ск)ветско-индайском симпозиуме по регуляции фотосинтеза,; '
1990 г., г. Пущшю", їх Международном конгрессе по фотосинтезу, 1992
г., г. Нагойя, Япония и П Международном конгрессе по фотобиологии,
1992г., Г.Киото, Япония. ;' ..''; V; 1 "'-:..--"
6. Публикации. '";, '': -'.':':,-;/->
Основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертации,. ;
представлены в 14 публикациях. . -:-.,.. .:-.
7. Стртктура диссертации. /
диссертация состоит из "введения, обзора литературы,. эксшри- ' ментальной части из пяти глав (включая метода и объекты исследова-. ния), заключения, выводов и списка цитированной .литература.; ;-. ; '..,,;
