Тиолзависимые механизмы действия селеносодержащих препаратов и толилфлуанида на истечение электролитов и активность пероксидазы в растениях кукурузы (Zea mays L.)

Цели. Неорганические и органические соединения селена, как и ряд других тиоловых ядов, активируют ферменты в клетках разных организмов, однако механизм индукции ферментативной активности малоизучен, в связи с этим целью настоящей работы стало изучение механизма влияния соединений селена на индукцию активности фермента пероксидазы в тканях растений кукурузы.
Методы. Механизм блокирования сульфгидрильных групп (SH-групп) соединений селена исследовали на растениях кукурузы в сравнении с фунгицидом толилфлуанидом – классическим тиоловым ядом. Истечение электролитов определяли методом кондуктометрии и капиллярного электрофореза, фракции белков по методу Ермакова–Дурыниной, их концентрацию по Брэдфорду, активность пероксидазы по методу Бояркина.
Результаты. Было установлено, что диацетофенонилселенид (ДАФС-25) взаимодействовал с SH-групами, как и фунгицид толилфуанид, который является классическим органическим тиоловым ядом. ДАФС-25 стимулирует истечение катионов калия и аммония в 58 и 14 раз, а толилфлуанид в 4.4 и 1.5 раз в сравнении с контролем. Истечение электролитов из клеток растений кукурузы приводит к увеличению концентрации общего белка и особенно альбуминов. Концентрация альбуминов с ДАФС-25 возрастала в 2.4–4.5 раза, а с толилфлуанидом – в 2 раза. ДАФС-25 активировал фермент пероксидазу в корнях и надземной части кукурузы на 63% и 112%, а толилфлуанид на 73% и 63%, что говорит о схожем механизме их действия. L-цистеин снижает активность пероксидазы от действия ДАФС-25, т.е. снимает блокирование SH-групп. Слабее активируют пероксидазу Na2SeO3 и L-селеноцистин, которые также взаимодействуют с SН-группами. Содержание селена в растениях кукурузы уменьшается при добавлении L-цистеина в раствор с ДАФС-25, что говорит о снижении его поступления в растения.
Выводы. Исследования показали, что селенсодержащие вещества взаимодействуют с SH-группами клеток растений кукурузы, усиливая истечение электролитов и повышая концентрацию белков в тканях, особенно альбуминов, а, следовательно, увеличивая активность фермента пероксидазы.

1. Behn D., Weiss-Nowak C., Kalcklösch M., Westphal C., Gessner H., Kyriakopoulos A. Studies on the distribution and characteristics of new mammalian seleniumcontaining proteins. Analyst. 1995;120(3):823–825. https://doi.org/10.1039/an9952000823

2. Sies H. Ebselen, a selenoorganic compound as glutathione peroxidase mimic. Free Radic. Biol. Med. 1993;14(3):313–323. https://doi.org/10.1016/0891-5849(93)90028-s

3. Древко Б.И., Антипов В.А., Жуков О.И. и др. Средство для лечения и профилактики болезней, вызываемых недостаточностью селена в организме сельскохозяйственных животных и птиц: пат. 2051681 РФ. Заявка № 93045743/15, заявл. 24.09.1993; опубл. 10.01.1996.

4. Усубова Е.З., Жижаев A.M., Миронов П.В. Влияние селена на физиологические показатели и продуктивность фасоли сорта «сакса» (Phaseolus vulgaris L.). Фундаментальные исследования. 2012;(3):257–260.

5. Полубояринов П.А., Голубкина Н.А. Изучение биохимической функции селена и его влияние на содержание белковых фракций и активность пероксидазы в проростках кукурузы. Физиология растений. 2015;62(3):396–403. https://doi.org/10.7868/S0015330315030161

6. Castillo-Godina R.G., Foroughbakhch-Pournavab R., Benavides-Mendoza A. Effect of selenium on elemental concentration and antioxidant enzymatic activity of tomato plants. J. Agr. Sci. Tech. 2016;18(1):233–244.

7. Huang C., Qin N., Sun L., Yu M., Hu W., Qi Z. Selenium improves physiological parameters and alleviates oxidative stress in strawberry seedlings under lowtemperature stress. Int. J. Mol. Sci. 2018;19(7):1900–1913. https://doi.org/10.3390/ijms19071913

8. Bebien M., Lagniel G., Garin J., Touati D., Vermeglio A., Labarre J. Involvement of superoxide dismutases in the response of Escherichia coli to selenium oxides. J. Bacteriol. 2002;184(6):1556–1564. https://doi.org/10.1128/jb.184.6.1556-1564.2002

9. Строгов В.В., Родионова Т.Н. Влияние селена на функциональное состояние и хозяйственно-полезные качества пчелиных семей. Вестник ветеринарии. 2011;59(4):150–152.

10. Wang H.W., Cai D.B., Xiao G.H., Zhao C.L., Wang Z.H., Xu H.M., Guan Y.Q. Effects of selenium on the activity of antioxidant enzymes in the shrimp, Neocaridina heteropoda. The Israeli Journal of Aquaculture – Bamidgeh. 2009;61(4):322–332.

11. Боряев Г.И., Гаврюшина И.В., Федоров Ю.Н. Биохимический и физиологический статус ягнят в раннем постнатальном онтогенезе на фоне инъекций соединений селена суягным овцематкам. Сельскохозяйственная биология. 2010;45(2):65–70.

12. Dzobo K., Naik Y.S. Effect of selenium on cadmiuminduced oxidative stress and esterase activity in rat organs. South Afr. J. Sci. 2013;109(5–6):1–8. https://doi.org/10.1590/sajs.2013/965

13. Xiao H., Parkin K.L. Induction of phase II enzyme activity by various selenium compounds. Nutr. Cancer. 2006;55(2):210–223. https://doi.org/10.1207/s15327914nc5502_13

14. Филов В.А. Бандман А.Л. Волкова Н.В. Грехова Т.Д. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V–VIII групп. Химия: Ленинград; 1989. C. 263–282.

15. Авцин А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. М.: Медицина; 1991. C. 196–231.

16. Sahu G.K., Upadhyay S., Sahoo B.B. Mercury induced phytotoxicity and oxidative stress in wheat (Triticum aestivum L.) plants. Physiol. Mol. Biol. Plants. 2012;18(1):21–31. https://doi.org/10.1007/s12298-011-0090-6

17. Sofo A., Scopa A., Nuzzaci M., Vitti A. Ascorbate peroxidase and catalase activities and their genetic regulation in plants subjected to drought and salinity stresses. Int. J. Mol. Sci. 2015;16(6):13561–13578. https://doi.org/10.3390/ijms160613561

18. Голышин Н.М. Фунгициды. М.: Колос; 1993. 318 с.

19. Yoshida M., Yokimoto M. Effects of fungicides on channels in the fungal membrane. Pesticide Biochemistry and Physiology. 1993;47(3):171–177. https://doi.org/10.1006/pest.1993.1076

20. Дудка И.А., Вассер С.П. Методы экспериментальной микологии. Киев: Наукова Думка; 1982. 550 с.

21. Минеев В.Г., Сычев В.Г., Амельянчик O.A., Болышева Т.Н., Гомонова Н.Ф., Дурынина Е.П., Егоров B.C., Егорова Е.В., Едемская Н.Л., Карпова Е.А., Прижукова В.Г. Практикум по агрохимии. М.: МГУ; 2001. 689 с.

22. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 1976;72(1–2):248–254. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999

23. Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание. М.: Высшая школа; 1975. 392 с.

24. Назаренко И.И., Ермаков А.Н. Аналитическая химия селена и теллура. М.: Наука; 1971. 248 с.

25. Угай Я.А. Неорганическая химия. М.: Высшая школа; 1989. 463 с.

26. Bienert G.P., Cavez D., Besserer A., Berny M.C., Gilis D., Rooman M., Chaumont F. A conserved cysteine residue is involved in disulfide bond formation between plant plasma membrane aquaporin monomers. Biochem. J. 2012;445(1):101–111. https://doi.org/10.1042/bj20111704

27. Frick A., Järvå M., Ekvall M., Uzdavinys P., Nyblom M., Törnroth-Horsefield S. Mercury increases water permeability of a plant aquaporin through a non-cysteinerelated mechanism. Biochem. J. 2013;454(3):491–499. https://doi.org/10.1042/bj20130377

28. Sadok W., Sinclair T.R. Transpiration response of ‘slow-wilting’ and commercial soybean (Glycine max (L.) Merr.) genotypes to three aquaporin inhibitors. J. Exp. Bot. 2010;61(3):821–829. https://doi.org/10.1093/jxb/erp350

29. Полубояринов П.А., Вихрева В.А., Лещенко П.П., Ариповский А.Н., Лихачев А.Н. Образование элементарного селена при распаде молекулы селенорганического препарата ДАФС-25 под влиянием растущего мицелия грибов. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2009;16(4):33–37.

30. Полубояринов П.А., Лещенко П.П. Качественная реакция на цистеин, восстановленный глутатион и диацетофенонилселенид. Журн. аналит. химии. 2013;68(11):1063. https://doi.org/10.7868/S0044450213110108

31. Полубояринов П.А., Лещенко П.П., Моисеева И.Я., Колесникова С.Г., Эпштейн Н.Б. Механизм реакции элиминирования селена в диацетофенонилселениде под действием восстановленного глутатиона. Журн. аналит. химии. 2017;72(7):633–638. https://doi.org/10.7868/S0044450217070118

32. Busher J.T. Serum Albumin and Globulin. In: Walker H.K., Hall W.D., Hurst J.W. (Eds.). Clinical Methods: The History, Physical, and Laboratory Examinations: 3rd ed. Boston: Butterworths; 1990. Chapter 101. ISBN 978-0409900774.

33. Islam M.S., Berggren P.O., Larsson O. Sulfhydryl oxidation induces rapid and reversible closure of the ATP-regulated K+ channel in the pancreatic β-cell. FEBS Lett. 1993;319(1–2):128–132. https://doi.org/10.1016/0014-5793(93)80051-u

34. Полубояринов П.А., Елистратов Д.Г., Швец В.И. Метаболизм и механизм токсичности селенсодержащих препаратов, используемых для коррекции дефицита микроэлемента селена. Тонкие химические технологии. 2019;14(1):5–24. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-1-5-24