Активность мультиферментных комплексов цикла Кальвина в листьях исходной и мутантной форм хлопчатника

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2011, том 54, №8___________________________________

БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ

УДК 581.1:577.1

А.К.Мирзорахимов

АКТИВНОСТЬ МУЛЬТИФЕРМЕНТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЦИКЛА КАЛЬВИНА В ЛИСТЬЯХ ИСХОДНОЙ И МУТАНТНОЙ ФОРМ ХЛОПЧАТНИКА

Таджикский национальный университет

Проведён сравнительный анализ ферментативных активностей свободных мультифермент-ных комплексов цикла Кальвина с различными величинами молекулярных масс, выделенных из листьев хлопчатника сорта 108-Ф и его продуктивного мутанта Дуплекс в фазе бутонизации растений. Установлено, что независимо от величины молекулярной массы мультиферментные комплексы, выделенные из листьев продуктивного мутанта Дуплекс, превосходили исходный сорт по РБФ-карбоксилазной активности.

Ключевые слова: хлопчатник - исходный сорт 108-Ф - мутант Дуплекс - активность мультифер-ментных комплексов.

Повышение продуктивности сельскохозяйственных культур продолжает оставаться до настоящего времени основной проблемой растениеводства. Ведущая роль фотосинтеза в продукционном процессе в настоящее время на вызывает сомнений.

П.Д.Усмановым [1] была установлена широкая генотипическая изменчивость признаков фо-тосинтетического аппарата высших растений. В связи с этим возможность активизации фотосинтети-ческого аппарата селекционным путём на физиолого-генетической основе является одним из важнейших и реальных подходов к управлению продукционным процессом растений.

Ранее [2] было установлено, что электрофоретически гомогенные ферментные препараты ри-бозофосфатизомеразы (РФИ, КФ 5.3.1.6) с молекулярной массой 52кД и фосфорибулокиназы (ФРК, КФ 2.7.1.19) с молекулярной массой 240кД, выделенные из листьев хлопчатника сорта 108-Ф, обладают меньшими активностями в сравнении с аналогичными ферментными препаратами, выделенными из листьев мутанта Дуплекс. В работе [3] приведены данные о РБФ-карбоксилазной активности множественных молекулярных форм рибулозобисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (РБФК/О, КФ 4.1.1.39) с молекулярной массой 520 и 480 кД, выделенных из листьев хлопчатника сорта 108-Ф и его мутанта Дуплекс. Дальнейшие исследования показали, что эти электрофоретически гомогенные ферментные препараты РБФК/О проявляли активности и других ферментов - РФИ и ФРК. Следовательно, эти препараты РБФК/О представляли собой мультиферментные комплексы.

По современным представлениям, одним из ведущих регуляторных механизмов на молекулярном уровне является образование разнообразных надмолекулярных комплексов ферментов.

Адрес для корреспонденции: Мирзорахимов Акобир Каримович. 734042, Республика Таджикистан, Душанбе, ул. Рудаки, 17, Таджикский национальный университет. E-mail: shahnoza.e@mail.ru

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы являлся сравнительный анализ рибозо-фосфатизомеразной, фосфорибулокиназной и РБФ-карбоксилазной активностей свободных мульти-ферментных комплексов у различающихся по интенсивности фотосинтеза и продуктивности хлопчатника сорта iOS-Ф и его мутанта Дуплекс.

М а т е р и а л и м е т о д ы и с с л е д о в а н и й

Объектом исследования служили контрастные по показателям фотосинтеза и морфобиологическим характеристикам листья хлопчатника (Gossypium hirsutum L.) сорта iOS-Ф и его мутанта Дуплекс.

Мутант Дуплекс получен Г.Р.Бикасияном и П.Д.Усмановым [4] посредством гамма-облучения дозой i5 килорад сухих семян хлопчатника сорта iOS-Ф. Наиболее характерным для мутанта является высокая частота встречаемости двойных коробочек, в связи с чем было предложено обозначать его как Дуплекс. Высокорослый мутант обладает ценными морфофизиологическими особенностями: необычной облиственностью и своеобразной геометрией распределения листьев вдоль главного стебля, он превосходит исходный сорт по общей ассимиляционной поверхности листьев, имеет предельный тип ветвления, неуплотнённое расположение листьев в пространстве, что способствует улучшению радиационного режима в посеве и повышению интенсивности фотосинтеза на 20% в расчёте как на сухой вес, так и на единицу площади листа во все фазы развития растений [5-8]. Все эти особенности мутанта положительно влияют на показатели урожая и технологические качества волокна [i].

Хлопчатник сорта iOS-Ф и мутант Дуплекс выращивались с выполнением всех агротехнических мероприятий в полевых условиях на экспериментальном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений АН Республики Таджикистан.

Содержание белка определяли по методу Лоури и др. [9]. Активность рибозофосфатизомера-зы (РФИ) определяли по методу Аксельрода и Янга [i0]. При определении активности фосфорибуло-киназы (ФРЮ использовали метод Гурвитца [ii]. Kарбоксилазную активность рибулозобисфосфат-карбоксилазы/оксигеназы (РБФ^О) определяли радиометрически по включению NaHCO3 по методике, описанной А.К Романовой [i2, с.51]. Аналитический диск-электрофорез в 7.5%-ном ПААГ использовали для определения гомогенности ферментных препаратов и их молекулярных масс.

В данной работе приведены результаты сравнительных исследований ферментативных активностей мультиферментных комплексов из листьев хлопчатника сорта iOS-Ф и его мутанта Дуплекс, проведённых в течение 19S5-1991 гг.в двух биологических повторностях на электрофоретически гомогенных препаратах, выделенных одновременно (в один и тот же день, в один и тот же час) в фазе бутонизации растений.

Фосфорибулокиназную и РБФ-карбоксилазную активность мультиферментных комплексов определяли, используя собственные специфические субстраты - рибулозо-5-фосфат и рибулозо-1,5-бисфосфат.

Результаты и их обсуждение

Результаты определения ферментативных активностей электрофоретически гомогенных мультиферментных комплексов с различными величинами молекулярных масс, выделенных из листьев хлопчатника сорта iOS-Ф и его мутанта Дуплекс, приведены в таблице.

Таблица

Ферментативные активности мультиферментных комплексов цикла Альвина с различными величинами молекулярных масс, выделенных из листьев хлопчатника сорта iOS-Ф и его мутанта Дуплекс в

фазе бутонизации (i9S5-i99i).

Мол. масса, кД Тип активности Субстрат Удельная активность, мкмоль продукта/ мин на 1мг белка

Сорт Ш8-Ф Мутант Дуплекс

520 Рибозофосфат- изомеразная Рибозо-5-фосфат 3O1O±31 3175±33

480 2975±3O 3O8O±29

520 Фосфорибуло- киназная Рибулозо-5-фосфат 3625±38 382O±41

480 336O±37 34O5±36

520 РБФ-карбоксилазная РБФ 1.46±O.O5 1.98±O.O5

480 0.92±O.O5 1.25±O.O5

Сравнение величин фосфорибулокиназной активности четырёх мультиферментных комплексов показало, что они имели близкие величины фосфорибулокиназной активности, различия составляли всего 6%.

Большие различия между мультиферментными комплексами были выявлены только по величинам РБФ-карбоксилазной активности. Из представленных в таблице данных видно, что независимо от объекта по величинам РБФ-карбоксилазной активности мультиферментные комплексы с молекулярной массой 52O кД превосходили на 57-58% мультиферментные комплексы с молекулярной массой 4SO кД.

При сравнении по величинам РБФ-карбоксилазной активности мультиферментные комплексы с различной молекулярной массой, выделенные из листьев мутанта Дуплекс, значительно - на 3536% превосходили аналогичные мультиферментные комплексы, выделенные из листьев исходного сорта хлопчатника iOS-Ф.

Таким образом, проведён сравнительный анализ ферментативных активностей свободных мультиферментных комплексов цикла Альвина с различными величинами молекулярных масс, выделенных из листьев исходного сорта хлопчатника iOS-Ф и его продуктивного мутанта Дуплекс в фазе бутонизации растений. Установлено, что независимо от величины молекулярной массы мультиферментные комплексы, выделенные из листьев продуктивного мутанта Дуплекс, превосходили исходный сорт по РБФ-карбоксилазной активности.

Поступило 29.06.2011 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Усманов П.Д Генетическая изменчивость признаков фотосинтетического аппарата высших растений: Автореф. дис... д.б.н. - М., 1984, 45 с.

2. Бабаджанова М.А. Исследование процессов регенерации и карбоксилирования акцептора СО2 в связи с фотосинтетической продуктивностью растений: Автореф. дис. д.б.н. - Душанбе, 199O, 4G с.

3. Мирзорахимов А.К., Бакаева Н.П. -Труды конф. молодых ученых «Пробл. биологии и химии в Таджикистане». - Душанбе, 1991,с. 23.

4. Бикасиян Г.Р., Усманов П.Д. - ДАН ТаджССР, 1973, т. 16, №9, с.69-72.

5. Якубова М.М., Назарова З.А., Кренделёва Т.В. - Биохимия, 1980, т.45, вып.5, с.864-872.

6. Якубова М.М., Юлдашев Х.Ю.- Научн. докл. высшей школы, серия биол.наук., 1984, с. 60-63.

7. Кононенко Л.А. Физиолого-биохимические особенности фотосинтетического аппарата продуктивного мутанта хлопчатника Gossypium hirsutum L.: Автореф. дис... к.б.н. - Казань, 1982, 23 с.

8. Юлдашев Х. Особенности фотосинтетического аппарата у гетерозисных форм хлопчатника: Автореф. дис. к.б.н. - Душанбе, 1984, 19 с.

9. Lowry O.H., Rosenbrough N.J. et al. - J. Biol. Chem., 1951, v.1, № 2, рр.265-275.

10. Axelrod В., Jang R. - J. Biol. Chem., 1954, v.209, № 2, рр.847-855.

11. Hurwitz J., Weissbach A. et al. - J. Biol. Chem., 1956, v.218, №2, рр.769-783.

12. Романова А.К. Биохимические методы изучения автотрофии у микроорганизмов. - М.: Наука, 1980, 158 с.

А.К.Мирзорахимов

ФАЪОЛИЯТНОКИИ МАЧ,МУИ МУЛТИФЕРМЕНТ^ОИ ДАВРИ КАЛВИН ДАР БАРГИ ПАХТАИ 108-Ф ВА МУТАНТИ ДУПЛЕКС

Донишго^и миллии Тоцикистон

Дар макола натичаи тахкикотхо оиди тахлили фаъолнокии мачмуи мултиферментхои озоди даври Калвин бо микдори гуногуни массаи молекулавии чудошуда аз барги пахтаи навъи 108-Ф ва мутанти серхосили он Дуплекс дар давраи шонабандй тахкик шудааст. Муайян карда шуд, ки новобаста аз массаи молекулавии мачмуи мултиферментхое, ки аз барги пахтаи мутанти серхосили Дуплекс чудокарда, нисбати навъи ибтидоии у (навъи пахтаи 108-Ф), фаъолиятно-кии РБФ-карбоксилазаи онхо, балантар аст.

Калима^ои калидй: пахта - пахтаи навъи 108-Ф - мутанти Дуплекс - фаъолнокии мацмуи мултиферментуо.

A.K.Mirzorahimov

ACTIVITY OF MULTIENZYME COMPLEXES OF CALVIN CYCLE, ISOLATED FROM ORIGINAL FORM OF COTTON LEAVES AND MUTANT COTTON FORMS

Tajik National University

Comparative analyses on enzymatic activities of free multienzyme complexes of Calvin cycle with different sizes of molecular masses isolated from cotton leaves, type 108-F, and its productive mutant Duplex in budding phase of the plant have been performed. It was proved, that regardless of the molecular masses weight, multienzyme complexes isolated from the leaves of productive mutant Duplex, exceeded the original type in content of their ribulose-1,5-bis-phosphate carboxylase activity.

Кеу words: cotton - original type 108-F - mutant Duplex - activities of multienzyme complexes.