1.2. Активовані форми азоту
Разом з АФК, активовані форми азоту (АФА), зокрема, оксид азоту (•NO), може зумовлювати окисні пошкодження у клітині та брати участь у регуляції редокс статусу рослинного організму [Apel, 2004].
До активних форм азоту відносять радикал оксиду азоту (•NO), катіон нітрозонію (NO+), нітроксильний аніон (NO¯), пероксинітріт (ONOO-), S-нітрозотіоли (тіонітрат, RSNO2) а також вищі оксиди азоту та комплекси нітрозонію [Corpas, 2015]. Пероксинітрит є сильним окислювачем, який утворюється в результаті реакції оксиду азоту з супероксиданіоном. При взаємодії пероксинітриту з тіолами відбувається формування S-нітрозотіолів (RSNO) [van der Vliet, 1998].
1.2.1. Синтез оксиду азоту в рослинах
Оксид азоту – вільнорадикальна сигнальна молекула з широким спектром регуляторних функцій багатьох фізіологічних та патологічних процесів у вищих рослин [Lamattina et al., 2003, Baudhouin, 2011, Corpas et al., 2011]. Він задіяний у процесах розвитку рослин, а також може вивільнятись у відповідь рослин на дію різних біотичних та абіотичних стресових чинників [Domingos et al., 2015]. На субклітинному рівні •NO вивільняється різними органелами, включаючи пероксисоми, хлоропласти, мітохондрії та цитозоль [Corpas et al., 2011, Gupta et al., 2011, Tewari et al., 2013].
В живих організмах відомо два ферменти, задіяні в утворенні оксиду азоту (•NO) – NO-синтаза і нітрат редуктаза. Однак, наявність NO-синтази у рослин і досі не доказано [Crawford, 2006]. Тому основним джерелом синтезу оксиду азоту є нітрат редуктаза (НР), яка відновлює нітрат до нітриту (рівняння 1.4), з подальшим перетворенням у •NO.
(1.4)
Відомо, що рослини можуть вивільняти •NO з листків, і це вивільнення може зростати за дії гербіцидів та обробці нітратними добривами в рослинах сої та очерету [Klepper, 1979; Nishimura et al., 1986]. Кількість вивільненого •NO залежить від рівня нітриту в тканинах, а також від взаємодії нітриту з метаболітами рослин [Klepper, 1979]. Нітратредуктаза в системі in vivo також здатна вивільняти •NO [Harper, 1981; Klepper, 1987]. Дослідження, проведені в анаеробних умовах на проростках сої, показали накопичення нітриту та необхідність присутності НР, отриманої із листків, для утворення •NO [Dean and Harper, 1988; Klepper, 1990]. Завершення даної серії експериментів показало, що очищений фермент нітратредуктаза перетворює нітрит до •NO [Yamasaki et al., 1999; Yamasaki, 2000; Rockel et al., 2002]. Високий рівень •NO може також генеруватись в коренях проростків кукурудзи при додаванні нітриту в поживне середовище за анаеробних умов [Rockel et al., 2002], у дефектних за НР ліній клітин табаку [Planchet et al., 2005] та при фосфорилюванні певних ділянок НР, виділеної з листків та коренів табаку [Lea et al., 2004]. Нітратредуктаза була першим виявленим ферментом, який каталізує утворення •NO в умовах in vivo для передачі сигналів та координації захисної відповіді рослин [Desikan et al., 2004; Garcia-Mata and Lamattina, 2003].
У мітохондріях рослин також відбувається реакція перетворення нітриту в оксид азоту [Tischner et al., 2004; Planchet et al., 2005]. Для синтезу •NO in vivo та in vitro потрібні анаеробні умови. Інгібітори мітохондріального ЕТЛ пригнічують синтез •NO, що свідчить про те, що електрони з ЕТЛ мітохондрій можуть забезпечувати відновлення нітриту. Кілька інших нітрит-залежних механізмів було описано для синтезу •NO. Нітрит перетворюється на оксид азоту при кислих значеннях рН за присутності відновників, зокрема, таких як аскорбінова кислота. Такі умови наявні в апопласті, що пояснювало вплив •NO при проростанні насіння [Beligni and Lamattina, 2000; Bethke et al., 2004a, b]. Активність нітрит-залежної NO-редуктази була досліджена в плазматичній мембрані коренів тютюну і була висунута гіпотеза про її роль у передачі сигналів [Crawford, 2006, Stohr et al., 2001; Stohr and Ullrich, 2002].
Пізніше було встановлено, що у рослин, як і тварин, також наявна NO-синтаза (NOS), яка продукує •NO і як субстрат теж використовує L-аргінін. Даний фермент дислокується в пероксисомах [Corpas et al., 2011; Corpas and Barroso, 2014].
На тепер відомо, що НР, NOS та ЕТЛ мітохондрій є головними джерелами •NO у рослинних клітинах [Gupta et al., 2005; Planchet et al., 2005, Corpas et al., 2011]. Оскільки O2•− також інтенсивно утворюється в мітохондріях [Møller, 2001], то, ймовірно, вони також є місцем утворенням пероксинітриту.
Окрім того, що АФК та АФА продукуються самими рослинами, вони можуть надходити в організм і з навколишнього середовища. Озон (О3), діоксид сірки (SO2) та діоксид азоту (NO2), які є основними забруднювачами повітря, можуть призводити до окисних модифікацій багатьох клітинних компонентів чи навіть можуть стимулювати запрограмовану смерть клітини [Halliwell and Gutteridge, 1999, Overmyer et al., 2003].