Tag Archives: активні форми кисню
Реакція антиоксидантної системи проростків пшениці різних генотипів на дію екзогенних прооксидантів: зв’язок зі стійкістю до абіотичних стресорів
Т. О. Ястреб1,2, О. І. Кокорев2, Б. Є. Макаова3, Н. І. Рябчун2,
Т. В. Сахно3, О. П. Дмитрієв4, Ю. Є. Колупаєв2,3*
1Науково-дослідний інститут рослинництва, Прага, Чеська Республіка;
2Інститут рослинництва ім. В. Я. Юр’єва НААН України, Харків, Україна;
3Полтавський державний аграрний університет, Полтава, Україна;
4Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Київ, Україна;
*e-mail: plant_biology@ukr.net
Отримано: 08 вересня 2023; Виправлено: 03 листопада 2023;
Затверджено: 01 грудня 2023; Доступно онлайн: 18 грудня 2023
Оксидативний стрес є важливим компонентом у розвитку пошкодженнь рослин, спричиненого спекою та посухою. Однак інформація про взаємозв’язок між стійкістю культурних рослин з різними генотипами до чинників навколишнього середовища та їхньою здатністю підтримувати про/антиоксидантний баланс залишається суперечливою. Метою цього дослідження було порівняти ростові реакції та адаптаційні можливості антиоксидантної системи у різних сортів пшениці до дії пероксиду водню та сульфату заліза(ІІ). Для дослідження використовували етіольовані проростки пшениці м’якої озимої (Triticum aestivum L.) сортів Антонівка і Тобак (жаро- та посухостійкі), а також Августина і Досконала (нестійкі до спеки та посухи). Триденні етіольовані проростки піддавали дії агентів окислювального стресу 50 мМ H2O2 або 5 мМ FeSO4 протягом однієї доби. Встановлено, що проростки сортів Антонівка і Тобак, оброблені H2O2 або FeSO4, здатні підтримувати відносно інтенсивний ріст, накопичують значно меншу кількість ендогенного пероксиду водню та продукту пероксидного окислення ліпідів малонового діальдегіду, значно підвищують вміст антоціанів та мають вищу активність антиоксидантних ензимів (супероксиддисмутази і каталази) порівняно з нестійкими сортами. Реакція нестійких сортів на дію стресових агентів полягала лише у збільшенні вмісту проліну з одночасним зниженням активності СОД та вмісту антоціанів. Виявлені сортові маркери адаптивної стратегії антиоксидантної системи можуть бути використані для розробки нових підходів до скринінгу сортів пшениці з перехресною стійкістю до основних абіотичних стресорів.
Окcидативний та мутагенний вплив мікрохвильового випромінювання низької інтенсивності на ембріони перепела
А. Бурлака1, О. Цибулін2*, О. Брєєва1, О. Салавор3, І. Якименко3,4
1Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р. Є. Кавецького НАН України, Київ;
2Білоцерківський національний аграрний університет, Україна;
3Національний університет харчових технологій, Київ, Україна;
4Київський медичний університет, Україна;
*e-mail: alex.tsybulin@gmail.com
Отримано: 18 грудня 2021; Затверджено: 21 січня 2022
Інтенсивне впровадження систем бездротового зв’язку підняло питання про можливі негативні наслідки антропогенного електромагнітного випромінювання. Метою дослідження було оцінити біологічні ефекти низькоінтенсивного мікрохвильового випромінювання (МХВ) від типового смартфона Huawei Y5I окремо, або у поєднанні з чіпом Waveex, який врівноважує електромагнітне поле низької частоти, але не впливає на мікрохвильовий сигнал телефона. У дослідженні використано біологічну модель розвитку перепелиних ембріонів in ovo. Телефон як джерело випромінювання мікрохвиль низької інтенсивності (0,32 мкВт/см2) розміщували на відстані 3 см від поверхні інкубованих ембріонів та активували за допомогою комп’ютерної програми автодозвону (48 с – увімкнено, 12 с – вимкнено). Показано, що опромінення спричиняло статистично значуще збільшення вмісту супероксид аніона, оксиду азоту, ТВА продуктів, порушення цілісності ДНК в клітинах ембріона та підвищення смертності ембріонів. Застосування чіпа Waveex під час впливу частково нормалізувало показники оксидативного статусу та цілісності ДНК в ембріональних клітинах, що вказує на негативний вплив не лише МХВ, а й низькочастотних електромагнітних полів від мобільних пристроїв.
Вплив відкриття мітохондріальної пори на генерацію активних форм кисню в мітохондріях мозку щурів
О. В. Акопова, Л. I. Колчинська, В. I. Носар, А. Н. Смірнов, М. К. Малишева, I. M. Маньковська, В. Ф. Сагач
Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, Київ;
e-mail: luko@biph.kiev.ua
Досліджено вплив відкриття мітохондріальної пори (mitochondrial permeability transition pore, МРТР) на генерацію активних форм кисню (АФК) у мітохондріях мозку щурів. Показано, що в залежності від стаціонарних чи нерівноважних умов продукція АФК по-різному регулюється швидкістю споживання кисню і мембранним потенціалом. За умов стаціонарної рівноваги, що відповідає постійній швидкості циклічного транспортування Са2+ та споживання кисню, продукція АФК є потенціалзалежною і знижується разом з пригніченням дихання і мітохондріальною деполяризацією. При цьому постійна швидкість утворення АФК прямо пропорційна швидкості споживання кисню. Порушення стаціонарного стану внаслідок вивільнення цитохрому с й поступового гальмування дихання призводить до експоненціального зростання в часі продукції АФК. Незалежно від стаціонарних чи нерівноважних умов, швидкість утворення АФК контролюється швидкістю потенціалзалежної акумуляції Са2+, яка є швидкістьлімітуючою стадією утворення АФК. Показано, що відкриття циклоспоринчутливої пори по-різному впливає на продукцію АФК залежно від концентрації Са2+. За дії низьких концентрацій Са2+ зниження швидкості утворення АФК корелює з частковою деполяризацією мітохондрій, незважаючи на циклоспоринчутливе прискорення дихання внаслідок одночасної роботи Са2+-уніпортера й МРТР як шляхів входу і виходу Са2+. Ефект відкриття циклоспоринчутливої пори за дії низьких концентрацій Са2+ близький до ефекту Са2+-іонофора А-23187. За дії високих концентрацій Са2+ відкриття пори призводить до швидкого порушення стаціонарного стану внаслідок вивільнення цитохрому с, блокування транспортування електронів і зростання продукції АФК. Отже, відкриття пори в умовах низького рівня внутрішньоклітинного Са2+ може пом’якшувати оксидативний стрес і ушкодження нейронів шляхом пригнічення продукції АФК у мітохондріях.
Вплив саліцилової і янтарної кислот на утворення активних форм кисню в колеоптилях пшениці
Ю. Є. Колупаєв, Т. О. Ястреб, М. В. Швиденко, Ю. В. Карпець
Харківський національний аграрний університет ім. В. В. Докучаєва, Україна;
e-mail: plant_biology@mail.ru
Проведено порівняльне дослідження впливу екзогенних кислот – саліцилової (СК) та янтарної (ЯК) на генерацію активних форм кисню ізольованими колеоптилями пшениці (Triticum aestivum L.). Показано, що ці кислоти посилюють утворення супероксидного аніон-радикала (O2•–), котре частково пригнічується обробкою колеоптилів як інгібітором пероксидази (саліцилгідроксамовою кислотою), так і інгібіторами NADPH-оксидази (імідазолом і α-нафтолом). Під впливом СК і ЯК у колеоптилях відбувається підвищення вмісту пероксиду водню, активності пероксидази і супероксиддисмутази (СОД), при цьому активність каталази істотно не змінюється. Обробка колеоптилів СК і ЯК підвищує їхню стійкість до абіотичного стресу (потенційно летальне нагрівання при 43 ± 0,1 °С, 10 хв). Зроблено висновок, що посилення утворення O2•– в колеоптилях пшениці під впливом СК і ЯК, імовірно, пов’язане із підвищенням активності апопластної пероксидази і NADPH-оксидази, а збільшення вмісту H2O2 – зі зростанням активності СОД. Ці ензимні системи задіяні в індукуванні захисних реакцій рослинних клітин на гіпертермію.
Індукування теплостійкості рослинних клітин донором гідроген сульфіду опосередковано генерацією H(2)O(2) з участю NADPH-оксидази і супероксиддисмутази
Ю. Є. Колупаєв1,2, К. М. Фірсова1, Т. О. Ястреб1
1Харківський національний аграрний університет ім. В. В. Докучаєва, Україна;
e-mail: plant_biology@ukr.net;
2Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Україна
Досліджували участь ензиматичних систем, що забезпечують генерацію і перетворення активних форм кисню (АФК), в реалізації стрес-протекторного ефекту гідроген сульфіду (H2S) на клітини колеоптилів пшениці. Показано, що обробка ізольованих колеоптилів 100 мкМ розчином донора гідроген сульфіду – гідросульфіду натрію (NaHS) – спричиняла в них транзиторне посилення генерації супероксидного аніон-радикала (O2•–), підвищення вмісту пероксиду водню та активності супероксиддисмутази (СОД). Посилення генерації АФК усувалося інгібітором NADPH-оксидази – імідазолом, але не інгібітором пероксидази – азидом натрію. Обробка колеоптилів інгібітором СОД – діетилдитіокарбаматом натрію (ДДК) – посилювала генерацію O2•– і нівелювала ефект підвищення вмісту H2O2, індукований дією NaHS. Через добу після обробки донором H2S генерація АФК знижувалася до рівня контролю, при цьому помітно збільшувалася активність антиоксидантних ензимів і підвищувалася стійкість колеоптилів до ушкоджуючого нагрівання. Ці ефекти донора гідроген сульфіду усувалися обробкою колеоптилів інгібіторами NADPH-оксидази (імідазолом) і СОД (ДДК). Дійшли висновку, що у формуванні сигналу, який індукує протекторні системи і зумовлює підвищення теплостійкості рослинних клітин, задіяні NADPH-оксидаза, що генерує O2•–, і СОД, яка перетворює його на H2O2, що виконує сигнальні функції.
Регуляція функціонування АТР-чутливого K(+)-каналу мітохондрій міометрія активними формами кисню
О. Б. Вадзюк, Ю. Ю. Мазур, С. О. Костерін
Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України,Київ;
e-mail: vadzyuk@biochem.kiev.ua
У попередніх роботах, виконаних на ізольованих мітохондріях матки щурів, нами було показано функціонування АТР-чутливого K+-каналу (мітоKАТР). Його регуляція у клітинах міометрія не є достатньо вивченою. Тому дослідження активації мітоKАТР в умовах окисного стресу є актуальним.
Відомо, що активні форми кисню (АФК), які генеруються за окисного стресу, можуть не тільки індукувати апоптоз, але також опосередковувати захист клітини від стресу. Активацію мітоKАТР АФК, що забезпечує виживання клітини в умовах окисного стресу, було показано на клітинах мозку та серця. Але відомостей стосовно регуляції АФК цієї структури у клітинах матки немає. Тому метою нашої роботи було дослідження впливу АФК на активацію мітоKАТР у клітинах матки щурів.
Окисний стрес в ізольованих міоцитах щурів індукували ротеноном (50 мкМ). Було продемонстровано масоване утворення АФК та гіперполяризацію мітохондріальної мембрани у присутності ротенону. Активація мітоKАТР селективним активатором діазоксидом призводила до деполяризації мітохондріальної мембрани, яка усувалась селективним блокатором цієї структури глібенкламідом (20 мкМ). Діазоксид виявляв дозозалежний ефект на потенціал мітохондрій в діапазоні концентрацій від 500 нМ до 75 мкМ. Максимальний ефект спостерігається при 25 мкМ діазоксиду. Уявна константа спорідненості діазоксиду до мітоKАТР (‹K1/2›р ) у присутності ротенону становить (1,24 ± 0,21)∙10-6 М. Діазоксид також деполяризує мітохондріальну мембрану в умовах нормоксії, але ‹K1/2› в цьому разі є більшою і становить (5,01 ± 1,47)·10-6 М.
Скавенджер активних форм кисню (АФК) N-ацетилцистеїн (NAC)(0,5–1 мМ) успішно попереджає деполяризацію мітохондріальної мембрани діазоксидом в умовах окисного стресу, спричиненого ротеноном. Одержані нами дані свідчать, що зв’язування АФК N-ацетилцистеїном в умовах окисного стресу попереджає активацію мітоKАТР. Дійшли висновку, що АФК регулюють активність мітоKАТР.
Метаболічні зміни в живих клітинах за дії електромагнітного випромінювання систем мобільного зв’язку
І. Л. Якименко1,2, Є. П. Сидорик1, О. С. Цибулін2
1Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології
ім. Р. Є. Кавецького НАН України, Київ;
2Білоцерківський національний аграрний університет, Україна;
e-mail: iyakymen@gmail.com
В огляді розглядаються біологічні ефекти мікрохвильового випромінювання сучасних засобів мобільного зв’язку. Наводяться результати досліджень, що засвідчують потенційні ризики низькоінтенсивного мікрохвильового випромінювання для здоров’я людини за умов його довготривалої дії. Аналіз метаболічних змін в живих клітинах під дією мікрохвильового випромінювання дозволяє класифікувати цей фізичний чинник як стресовий для клітини. Серед відтворюваних метаболічних ефектів низькоінтенсивного мікрохвильового випромінювання – гіперпродукція протеїнів теплового шоку, збільшення рівня активних форм кисню, збільшення концентрації внутрішньоклітинного кальцію, ушкодження ДНК, пригнічення репарації ДНК, індукція апоптозу. До виявлених метаболічних змін причетні каскади кіназ регуляції позаклітинних сигналів ERR та стрес-залежних кіназ p38MAPK. Аналіз сучасних даних літератури дозволяє стверджувати, що уявлення про виключно теплову природу біологічних ефектів мікрохвильового випромінювання не відповідають дійсності. Це, у свою чергу, ставить питання про необхідність прийняття адекватних стандартів електромагнітної безпеки, що дотепер базуються виключно на уявленнях про теплову дію неіонізуючого випромінювання на живі системи.
Участь активних форм кисню в індукуванні аскорбатпероксидази і гваяколпероксидази під час теплового загартовування проростків пшениці
Ю. Є. Колупаєв, О. І. Обозний
Харківський національний аграрний університет ім. В. В. Докучаєва, Україна;
e-mail: plant_biology@mail.ru
Досліджували вплив однохвилинного загартовуючого прогріву (42 °С) на динаміку генерації Н2О2 і активності антиоксидантних ензимів у коренях проростків пшениці. Показано, що протягом перших 30 хв після дії гіпертермії збільшується вміст Н2О2, надалі він знижується до рівня контролю. Активність супероксиддисмутази (СОД) істотно збільшується вже через 10 хв після прогріву і зберігається на підвищеному рівні протягом 24 год спостережень. Активність аскорбатпероксидази і гваяколпероксидази підвищується через 3–6 год після загартовуючого прогріву і досягає максимуму через 24 год, коли відбувається найзначніше підвищення теплостійкості проростків. Спричинене загартовуючим прогрівом короткочасне збільшення вмісту Н2О2 пригнічувалося обробкою проростків диметилтіосечовиною (скавенджером H2O2) інгібіторами NADPH-оксидази (імідазолом) і СОД (діетилдитіокарбаматом натрію). Всі ці ефектори нівелювали збільшення активності аскорбатпероксидази і гваяколпероксидази, зумовлене загартовуючим прогрівом, й істотно пригнічували розвиток теплостійкості проростків. Зроблено висновок про роль пероксиду водню, що утворюється за участю NADPH-оксидази і СОД, в індукуванні антиоксидантної системи під час теплового загартовування проростків пшениці.
Особливості вільнорадикальних процесів у мітохондріях печінки щурів за токсичного гепатиту на тлі аліментарної протеїнової недостатності
Г. П. Копильчук, О. М. Волощук
Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича,
Інститут біології, хімії та біоресурсів, Україна;
e-mail: kopilchuk@gmail.com
Досліджували інтенсивність генерації супероксидного аніон-радикала, гідроксильного радикала, пероксиду водню та рівень окислювальної модифікації мітохондріальних протеїнів у печінці щурів із токсичним гепатитом на тлі аліментарної протеїнової недостатносі. Встановлено, що в мітохондріях печінки тварин, яких утримували на раціоні з нестачею протеїну, вірогідного підвищення інтенсивності вільнорадикальних процесів не спостерігалося. Найвираженіша інтенсифікація вільнорадикальних процесів у мітохондріях печінки відбувалася за умов токсичного гепатиту. Показано посилення генерації всіх досліджуваних активних форм кисню: O2•- – в 1,7, а Н2О2 – в 1,5 раза, •ОН – практично в 2 рази на тлі акумуляції окисномодифікованих протеїнів, синтез яких детермінується мітохондріальним геномом. Встановлені зміни окисно-відновного стану тіолових груп протеїнів дихального ланцюга, нерозчинних в 0,05 М Na-фосфатному буфері (рН 11,5), та зміни вмісту їхніх карбонільних похідних можна розглядати як один із факторів регуляції енергетичних функцій мітохондрій.