Активность мультиферментных комплексов цикла Кальвина листьев различающихся по продуктивности форм хлопчатника

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________________________2007, том 50, №9-10_______________________________

БИОХИМИЯ РАСТЕНИЙ

УДК: 577.175.1:633.511

М.А.Бабаджанова, А.К.Мирзорахимов, М.П.Бабаджанова, Ш.А.Эсаналиева, член-корреспондент АН Республики Таджикистан К.А.Алиев АКТИВНОСТЬ МУЛЬТИФЕРМЕНТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЦИКЛА КАЛЬВИНА ЛИСТЬЕВ РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ПО ПРОДУКТИВНОСТИ ФОРМ ХЛОПЧАТНИКА

Одним из главных факторов, определяющих фотосинтетическую активность растений, являются содержание и активность рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (РБФК/О НФ 4.1.1.39) в расчете на единицу листовой поверхности [1]. Установлено, что единица площади листа продуктивных форм хлопчатника превосходит менее продуктивные по интенсивности фотосинтеза, содержанию водорастворимых белков, общей и удельной активностей РБФК/О, количеству продукта реакции карбоксилирования 3-фосфоглицериновой кислоты [2].

Корреляция повышения активности РБФК/О с возрастанием фотосинтеза и урожайности продуктивных форм растений указывает на то, что изменения активности РБФК/О является одним из эндогенных механизмов регуляции фотосинтетической продуктивности и урожайности.

К настоящему времени получено большое количество экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что ферменты цикла Бенсона-Кальвина существуют в различных формах - свободной, мембранносвязанной и форме мультиферментных комплексов [3-5].

Установлено, что функциональная активность мультиферментных комплексов цикла Бенсона-Кальвина является одним из ведущих факторов онтогенетического контроля фотосинтеза, обеспечивающего эпигенетические процессы ассимилятами [6]. Однако, до настоящего времени не проводились сравнительные исследования содержания и РБФ-карбоксилазной активности этих мультиферментных комплексов из листьев растений, различающихся по продуктивности.

Целью данной работы являлось одновременное выделение свободного мультифер-ментного комплекса цикла Кальвина с молекулярной массой 520 кД из листьев двух генотипов хлопчатника, различающихся по продуктивности, определение их количественного содержания и сравнение мультиферментных комплексов по РБФ-карбоксилазной активности.

Материал и методы

Объектом исследования служили листья сорта хлопчатника (Оо55ур1ит Ыг8Шит Ь.) 108-Ф и линии Л-461 из генетической коллекции хлопчатника Ташкентского государственного университета.

Растения выращивали в полевых условиях с выполнением всех агротехнических мероприятий на экспериментальном участке Института физиологии растений и генетики Академии наук Республики Таджикистан (г.Душанбе).

Для выделения мультиферментных комплексов использовали наиболее фотосинтетически активные листья - 3-4-ый сверху (15-25-дневного возраста), взятые в фазе развития растений «массовое цветение-начало плодообразования».

Количественное содержание белка определяли с реактивом Бенедикта [7].

При выделении свободного мультиферментного комплекса с молекулярной массой 520 кД фракцию белков, осажденных при 35-50%-ном насыщении сульфатом аммония, подвергали очистке сначала на колонке с сефадексом G-150, затем на колонке с ДЭАЭ-целлюлозой в условиях, подробно описанных в работе [5].

РБФ-карбоксилазную активность мультиферментных комплексов определяли спектрофотометрическим методом [8].

Результаты и обсуждение

Профили элюции свободных белков из листьев хлопчатника сорта 108-Ф и линии Л-461 при ионообменной хроматографии на ДЭАЭ-целлюлозе с линейным градиентом NaCl после гель-хроматографии на сефадексе G-150 представлены на рисунке.

Видно, что белки элюировались в виде двух отчетливых пиков, резко различавшихся по содержанию белка. В обоих случаях наибольшее количество белка элюировались при концентрации NaCl 150-160 мМ (фракция 4). По содержанию белка во фракции 4 сорт 108-Ф уступал линии Л-461 почти на 50%.

Зависимость молекулярной массы выделяемых мультиферментных комплексов от ионной силы показана в работе Suss с соавторами (1993), ими были выделены комплексы различных ферментов цикла Кальвина с молекулярной массой от 1000 кД до 200 кД и меньше при концентрациях NaCl от 150 до 480 мМ. Нами также установлено [9], что при концентрации NaCl 150-160 мМ (фракция 4) элюируется мультиферментный комплекс с молекулярной массой 520 кД. При концентрациях соли выше 200 мМ элюируются мультиферментные комплексы с меньшими величинами молекулярных масс.

В таблице приведены данные по продуктивности обеих форм хлопчатника при выращивании в условиях станционного сортоиспытания [5]. Из приведенных в таблице данных видно, что белок первого пика, выделенного из листьев исходного сорта хлопчатника, превосходил по РБФ-карбоксилазной активности белок второго пика на 60%. У белка же первого пика линии Л-461 РБФ-карбоксилазная активность была на 28% выше в сравнении с белком второго пика.

Полученные данные свидетельствуют о функциональной значимости диссоциативного механизма регуляции карбоксилазной активности РБФК/О, встроенной в мультифермент-

ные комплексы с различной молекулярной массой. Мультиферментный комплекс с молекулярной массой 520 кД (1-й пик, фракция 4), выделенный из линии хлопчатника Л-461, по РБФ-карбоксилазной активности превосходил сорт 108-Ф на 24%, а по второму пику - на 56%.

Таблица

РБФ-карбоксилазная активность мультиферментного комплекса (МФК) цикла Кальвина из

листьев хлопчатника Фаза развития растений - массовое цветение - начало плодообразования

Объект РБФ-карбоксилазная активность MФК, мкмоль СО2/мин на 1 мг белка Масса хлопка-сырца 1 растения, г

I-й пик II-ой пик

Сорт 108-Ф 2.19 + 0.01 1.36 + 0.01 37.6 + 3.8

Линия Л-461 2.73 +0.01 2.13 +0.01 43.6 + 3.9

Таким образом, линия Л-461 отличается от сорта 108-Ф и высоким содержанием мультиферментных комплексов, и их большей активностью.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что генотипы отличаются по активности образования мультиферментных комплексов, различающихся по молекулярной массе, количественному содержанию и ферментативной активности, и это может быть одним из ведущих регуляторных механизмов фотосинтетической деятельности и продуктивности.

Таджикский государственный национальный университет, Поступило 11.05.2007 г.

*

Институт физиологии растений и генетики АН Республики Таджикистан

ЛИТЕРАТУРА

1. Бабаджанова М.А., Гиясов Т.Д. - Докл. АН ТаджССР, 1984, т.27, с.533-536.

2. Якубова М.М., Юлдашев Х.Ю. - Научн. докл. Высш. шк. Сер. биол. наук, 1989, с.60-63.

3. Романова А.К., Павлович В.В. - Физиология растений, 1997, т.44, с.264-274.

4. Gontero B., Lebretou S., Graciet E. - Eds mcmanus m.t. Laing W., Sheffied A.A. New-York Academic, 2002, v.7, р.120-150.

5. Бабаджанова М.П., Бабаджанова М.А., Алиев К.А. - Физиология растений, 2002, т.49, №5, с.663-669.

6. Бабаджанова М.П., Бабаджанова М.А., Алиев К.А. - Физиология растений, 2006, т.53, №1, с.38-44.

7. Кочетов Г.А. Практическое руководство по энзимологии. М.: Высш. шк., 1980, 272 с.

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

S00

9. Бободжанова М.Д. Фотосинтез, донорно-акцепторные отношения и продуктивность средневолокнистого хлопчатника. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. - Душанбе, 2007, 45с.

М.А.Бобочонова, А.К.Мирзорахимов, М.П.Бобочонова, Ш.А.Эсаналиева, ^.А. Алиев ФАЪОЛНОКИИ МАЧ,МУАИ МУЛТИФЕРМЕНТИИ СИКЛИ КАЛВИН ДАР БАРГХ,ОИ ШАКЛХ,ОИ АЗ ЧИТАТИ ^ОСИЛНОКЙ ТАФОВУТДОШТАИ РАСТАНИИ ПАХТА

Дар мак;ола натичах,о аз руи омузиши микдор ва фаъолнокии мачмуах,ои мулти-ферментии озоди сикли Калвин дар баргх,ои шаклх,ои аз чихдти х,осилнокй тафовут-доштаи растании пахта гирд оварда шудааст.

Муайян карда шудааст, ки баргх,ои шакли х,осилноки растании пахта аз руи микдор ва фаъолнокии рибулозобисфосфаткарбоксилази нисбат ба навъи аввала бартарй зохдр менамояд.

M.A.Babadzhanova, A.K.Mirzorahimov, M.P.Babadzhanova, Sh.A.Esanalieva, K.A.Aliev ACTIVITY OF THE CALVIN CYCLE MULTIENZYME COMPLEXES IN COTTON LEAVES DIFFERING BY THEIR PRODUCTIVITY

Results of the investigation of the content and activity of the free Calvin - cycle multienzyme complexes in cotton leaves differing by productivity are presented in this paper.

It was revealed that the productivity form of cotton plant was considerably higher than original sort on qualitative content of multi-enzyme complexes and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase activity.