1.1.2. Механізми знешкодження афк

У мітохондріях вивільнення АФК, в основному, призводить до різкого сповільнення реакцій електронно-транспортного ланцюга (ЕТЛ). Мітохондрії мають кілька стадій для попередження або обмеження різкого сповільнення переносу електронів [Møller, 2001, Møller, 2007]. Стимуляція потоку протонів у мітохондріях картоплі супероксид аніоном (O₂^•−), можливо, відбувається через стимуляцію розщеплення білків, що призводить до зниження інтенсивності переносу електронів у ЕТЛ мітохондрій, що попереджує подальше вивільнення O₂^•− [Considine et al., 2003].

Фотосинтетичний апарат є постійним джерелом АФК протягом світлової фази фотосинтезу. Зниження інтенсивності освітлення та інші стреси навколишнього середовища можуть впливати на поглинання світлової енергії, яка потім використовується у фотосинтезі [Krieger-Liszkay and Trebst, 2006; Niyogi, 2000].

Антиоксидантний потенціа рослин представлений високомолекулярними та низькомолекулярними антиоксидантами [Gill and Tuteja, 2010; Foyer and Noctor, 2009], які зумовлюють загальний потенціал рослини.

Високомолекулярні антиоксиданти представлені, в основному, антиоксидантними ферментами. Детоксикація АФК відбувається в основному за дії супероксиддисмутази (СОД), каталази та ферментів аскорбат-глютатіонового циклу [Gill and Tuteja, 2010, Колупаев та ін., 2011]. Ферментативні антиоксиданти каталізують переважно реакції детоксикації супероксидного аніон-радикалу та пероксиду водню [Гарифзянов и др, 2011].

Першу лінію захисту клітини рослинного організму складає супероксиддисмутаза (СОД, КФ 1.15.1.1). Вона запобігає спонтанній дисмутації супероксидного аніон-радикалу в клітинах шляхом каталізу реакції його диспропорціювання до пероксиду водню та молекулярного кисню (рівняння 1.2).

О₂^*– + О₂^*– + 2Н⁺ → Н₂О₂ + О₂ (1.2)

Типи СОД різняться за місцем локалізації. Так, основна кількість Cu,Zn-СОД знаходиться в цитозолі [Hernández, 1994; Sawada, 1972], хлоропластах [Giannopolitis, 1977; Hernández, 1994, Ogawa, 1995], мітохондріях [Giannopolitis, 1977, Jackson, 1978], у гліоксисомах [Bueno, 1992; Sandalio 1987], а також була виявлена у ядрі, на (або біля) тонопласту і в апопласті [Ogawa 1996].

Оскільки в результаті дисмутації О₂^•‾ під дією СОД утворюється Н₂О₂, наступною ланкою антиоксидантної системи є ферменти, які знешкоджують Н₂О₂. У рослин у знешкодженні Н₂О₂ беруть участь каталаза, ферменти аскорбат-глютатіонового циклу та різні пероксидази [ Slesak 2007].

Каталаза – гідроген-пероксид оксидоредуктаза (КФ 1.11.1.6) є тетрамерним гем-вмісним ферментом. Розклад пероксиду водню до молекулярного кисню та води (рівняння 1.3) за її участі відбувається з надзвичайно високою швидкістю. Одна молекула каталази здатна розкладати 6×10⁶ молекул Н₂О₂ за секунду [Гарифзянов и др, 2011].

2Н₂О₂ → 2Н₂О + О₂ (1.3)

Основним місцем локалізації ферменту в рослинних клітинах є пероксисоми та гліоксисоми – органели, які містять ферменти, що генерують Н₂О₂, зокрема гліколатоксидазу [Dat et al, 2000, Shalata et al, 2001]. Крім того, незначна кількість ферменту знаходиться у цитоплазмі, мітохондріях та комплексі Гольджі [Harinasut et al, 2003; Willekens et al, 1997].

Аскорбат-глютатіоновий цикл є основним шляхом знешкодження Н₂О₂ у клітинних компартментах, в яких відсутня каталаза [Noctor and Foyer, 1998]. До його складу входять наступні ферменти: аскорбатпероксидаза (АПО, КФ 1.11.1.11), монодегідроаскорбатредуктаза (МДГАР, КФ 1.6.5.4), дегідроаскорбат-редуктаза (ДГАР, КФ 1.8.5.1) та глютатіонредуктаза (ГР, КФ 1.6.4.2).

У розщепленні Н₂О₂ у рослин також беруть участь пероксидази класу III. Пероксидази класу III є гемвмісними ферментами і локалізуються переважно у клітинній стінці, цитозолі та вакуолях [Shigeoka et al, 2002; Almagro et al, 2009]. Типовим представником пероксидаз класу III є гваяколпероксидаза (ГПО, КФ 1.11.1.7), яка використовує рослинні поліфеноли як донори електронів для відновлення Н₂О₂ [ Gill and Tuteja, 2010; Sakihama et al, 2002 , Ghamsari et al, 2007].

Одними з найбільш досліджених низькомолекулярних антиоксидантів у рослин є аскорбінова кислота (аскорбат, АК) та глютатіон (ГSН) [Noctor and Foyer, 1998, Smirnoff, 1996, May et al, 1998]. Аскорбат вважають одним з найпотужніших антиоксидантів рослин, оскільки він здатний віддавати електрони у різних ферментативних та неферментативних реакціях [ Gill and Tuteja, 2010; Колупаев, 2010]. Він безпосередньо знешкоджує АФК, такі як О₂^•‾ та ^•ОН, а також здійснює регенерацію α-токофероксильного радикала до α-токоферолу [Smirnoff, 2000].

У рослин глютатіон локалізований практично у всіх клітинних компартментах і знаходиться переважно у відновленому стані (ГSН) [Noctor et al., 1998; May, 1998]. Глютатіон знешкоджує ¹О₂, Н₂О₂ та ^•ОН, при цьому утворюється глютатіон дисульфід (ГSSГ) [May et al, 1998, Rouhier et al, 2008].

До низькомолекулярних антиоксидантів також відносяться каротиноїди [DellaPenna, 1999]. Вони здатні знешкоджувати супероксидний аніон-радикал та інші вільні радикали [Smirnoff, 2005].

Антоціани, які належать до флавоноїдів, також відіграють важливу роль у захисті рослин. Їх вміст зростає за дії стресових факторів. Флавоноїди здатні віддавати атом водню або електрон, стабілізують сполуки радикальної природи, а також хелатують йони перехідних металів [Blokhina et al, 2003].