Арахидоновая кислота

Действие на растения

Арахидоновая кислота по отношению к растениям проявляет свойства индуктора устойчивости к фитопатогенам и явно выраженным ростостимулирующим и ростоформирующим действием^[4].

В настоящее время наиболее изучены два типа ответных реакций высших растений на воздействие арахидоновой кислоты в различных концентрациях:

1. Под воздействием высоких концентраций арахидоновой кислоты (100 мкг/мл, то есть 10^-4 и выше) происходит индукция локальной устойчивости, обусловленная формированием фитоалексинов. Такой эффект краткосрочен и похож на действие фунгицида. В данном случае фунгицидом является не экзогеное соединение, а эндогенно образующиеся фитоалексины^[4].
2. При низких концентрация (10^-6–10^-9 М), она относится к «сигнальным молекулам» (индукторам-элиситорам), свойственным только фитопатогенам, но отсутствующим в растении. Воздействие данного вещества в низких концентрациях (5–10 мгк/мл и ниже, порядка 10^-8) индуцирует длительную системную устойчивость. В основе данного процесса лежит способность растительной ткани быстрее и интенсивнее реагировать на внедрение фитопатогена^[4].

Биохимическая основа действия АК, особенно в низких концентрациях изучена недостаточно, но некоторые элементы этого механизмы уже ясны. Установлено, что в клетках растений после воздействия АК наблюдается перестройка ультраструктуры – возрастает количество лейкопластов с дифференцированной стромой и митохондрий, объем агранулярного эндоплазматического ретикулума. В ответ на стресс, обработанные АК, ткани увеличивают экспрессию генов, кодирующих оксипролинбогатые гликопротеины, активизируется метаболизм липидов и фенолов, возрастает активность перодоксидаз и липоксидаз^[4].

Арахидоновая кислота, как элиситор, оказывает влияние на содержание свободных стеринов, обеспечивая формирование специфического иммунитета. Важной защитной реакцией растения против различных фитопатогенов является дефицит стеринов, создающийся в инфицированной ткани. От стеринов зависим процесс репродукции фитопатогена. Рост мицелия, в частности возбудителя фитофтороза, мало ингибируется в отсутствии стеринов, но спороношения этого же фитопатогена облигатностеринозависимый. Это относится и к образованию зооспор, для формирования плазматической мембраны у которых стерины необходимы^[4].

Ростостимулирующее и ростоформирующее действие АК объясняют тем, что она и ее метаболиты оказывают влияние на процессы экспрессии не только генов защиты, но и экспрессии генов, осуществляющих контроль за ростовыми факторами, факторами дифференцировки и развития^[4].

Применение

Арахидоновая кислота в сфере защиты растений применяется как действующее вещество регуляторов роста растений, оказывающих положительное влияние на рост и развитие на всех фазах роста и устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды и фитопатогенам^[1].

Арахидоновая кислота используется в качестве действующего начала лекарственных средств и компонентов диетпитания, предотвращающих атеросклероз, коронарные болезни сердца и ряд других заболеваний^[2].

Арахидоновую кислоту используют для изготовления питательных смесей для грудных детей. Согласно рекомендациям, Всемирной организация здравоохранения (ВОЗ), рекомендуемая норма потребления АК для недоношенных и нормальных грудных детей составляет 60 и 40 мг/кг в день соответственно^[2].

Токсикологические свойства и характеристики

Арахидовая кислота экологически безопасна, не оказывает отрицательного действия на животных и человека. Применение препаратов АК позволяет снизит экологический вред от воздействия многих фунгицидных препаратов химического происхождения^[2].

Класс опасности

• для человека – 4;
• для пчел – 3^[1].

Продуценты АК

Основные природные источники Арахидоновой кислоты – печень, надпочечная железа животных, желток куриных яиц. Но содержание АК в них мало, и удовлетворить растущую потребность в этой кислоте, используя только эти источники невозможно. Одновременно надо учитывать и тот факт, что желток куриных яиц содержит холестерин и фосфор, и его использование в больших количествах в качестве добавки к детскому питанию нежелательно^[2].

В настоящее время наиболее перспективными продуцентами АК считаются мицелиальные грибы, хотя в ряде исследований в качестве вероятных источников рассматриваются и водоросли^[2].

Установлено, что к синтезу АК способны представители класса Oomycetes. Синтез эйкозаполиеновых кислот был обнаружен у различных видов Оомицетов рода Saprolegnia. Наибольшее содержание АК отмечается у штаммов вида Saprolegnia blelhamensis на среде с глюкозой и бактопептоном (18.6–24.6% от липидов). Следовые количества АК обнаружены у Оомицетов Absidia corymbifera^[2].

У Оомицетов рода Phytophthora доля АК не превышала 10% от суммы жирных кислот имеются сведения о синтезе АК грибами Phytophthora ultimum (16.1% от липидов), Phytophthora debaryanum (11.4–14.7% от суммы жирных кислот) и Phytophthora insidiosum (30–35% от липидов)^[2].

Наиболее перспективные продуценты архидоновой кислоты обнаружены среди грибов рода Mortierella (класс Phycomycetes, подкласс Zygomycetes, семейство Mortierellaceae). Виды рода Mortierella подразделяются на 7 секций (Isabellina, Stylospora, Alpina, Jenkinia, Dichotoma, Hygrophila и Polycephala), главным образом, по морфологическим признакам. Доля АК в липидах представителей различных секций варьирует от 6,2% (секции Stylospora от 6,2% до 27,5%) до 75% (секция Alpina от 12.7 до 75%)^[2].

Отмечается, что содержание АК у одного даже у того же вида, обычно, варьирует в широких пределах. Это объясняется как штаммовыми различиями, так и влиянием условий культивирования^[2].

В настоящее время процессы получения АК с использованием различных штаммов грибов рода Mortierella запатентованы в Европе, Китае, Японии и США. Промышленное производство микробных липидов с высоким содержанием АК (40–70%) существует в Италии и Китае^[2].

Механизм биосинтеза АК

Необходимыми условиями интенсивного накопления липидов в клетках «липидных» микроорганизмов (способных образовать более 20% липидов от сухой биомассы) является разобщение конструктивного и энергетического метаболизма в определенных условиях. А именно, рост клеток лимитируется питательными компонентами и ингибируется неблагопиятными значениями pH и температуры при избытке источников энергии и углерода в питательной среде^[2].

Механизм биосинтеза АК представлен на рисунке 3. Процесс происходит следующим образом:

1. Стеариновая кислота (C₁₈) с участием Δ-9-десатуразы превращается в олеиновую кислоту (C_18:1). Установлено, что фермент, выделенный из Mortierella alpina 1S4, является мембраносвязанным белком ацил-КоА-типа, его аминокислотная последовательность характеризуется 45% сходством с аналогичным ферменттом Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи)^[2].
2. Превращение олеиновой кислоты в линолевую (C_18:2) происходит при участии мембраносвязанной Δ-12-десатуразы^[2].
3. Линоливая кислота превращается в γ-линоленовую кислоту (C_18:3 ω-6) при участии Δ-6-десатуразы. Есть данные, что в результате экспрессии гена Δ-6-десатуразы (Δ-6-1) из Mortierella alpina 1S4 в Aspergillus oryzae достигнуто усиление синтеза γ-линоленовой кислоты трансформантом^[2].
4. Гамма-линоленовая кислота удлиняется до дигомо-γ-линоленовой кислоты (ДГЛК) (C_20:3ω-6) при участии Δ-6-элонгазы. Предположительно именно Δ-6-элонгаза является лимитирующим фактором синтеза арахидоновой кислоты у Mortierella alpina^[2].
5. Дигомо-γ-линоленовая кислота (ДГЛК) превращается в арахидоновую кислоту(C_20:4ω-6) при участии Δ-5-десатуразы. Установлено, что мутант Mortierella alpina, характеризующийся отсутствием Δ-5-десатуразы синтезировал ДГЛК, но образование АК не происходило^[2].