Состав жирных масел плодов бересклетов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.05, кандидат биологических наук Сидоров, Роман Александрович

• Сидоров, Роман Александрович
• кандидат биологических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Сидоров, Роман Александрович

Список сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Обзор литературы.

1.1. Жирные кислоты высших растений.

1.2. Биосинтез жирных кислот у высших растений.

1.2.1. Биосинтез необычных мононенасыщенных ЖК.

1.2.2. Биосинтез окси-, эпокси- и ацетиленовых ЖК у высших растений.

1.3. Механизмы биосинтеза ТАГ у высших растений.

1.3.1. Ацил-КоА-зависимый путь биосинтеза ТАГ в растениях.

1.3.2. Независимый от ацил-КоА биосинтез ТАГ.

1.4. Регуляция биосинтеза ТАГ и накопления масла в растениях.

1.4.1. Накопление необычных ЖК в составе ТАГ.

1.5. «Жировые включения» высших растений.

1.5.1. Олеозины.

1.5.2. Калеозины.

1.5.3. Стеролезины.

1.5.4. Другие белки олеосом растений.

1.5.5. Особенности олеосом плодов растений с сочными масличными плодами

1.5.6. Биогенез олеосом у растений.

1.6. Физиологический контроль накопления ТАГ при созревании семян.

1.6.1. Энергетика биосинтеза ЖК и ТАГ.

1.6.2. Кислород как фактор, лимитирующий накопление масел в семенах.

1.6.3. Влияние света и фотосинтеза в тканях зародыша на метаболизм запасных веществ.

1.6.4. Влияние температурных условий на биосинтез масел в семенах.

1.7. Необычные оптически активные 5и-1,2-диацил-3-ацетил глицерины растений

ГЛАВА 2. Материалы и методы.

2.1. Растительный материал.

2.2. Световая микроскопия срезов плодов развивающихся плодов бересклетов.

2.3. Экстракция липидов из ариллусов и семян.

2.4. Аналитическая тонкослойная хроматография экстрактов ариллусов и семян.

2.5. Препаративная ТСХ экстрактов семян и ариллусов.

3.5.3 Присутствие НАЭЖК в растениях и грибах.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Состав жирных масел плодов бересклетов»

Род Бересклет (Euonymus L.) составляют кустарниковые или древесные растения. Этот род, наиболее многочисленный в сем. Celastraceae, распространен главным образом в Северном полушарии Земли, в том числе в нашей стране (Леонова, 1974). По разным данным, он включает 129 (Ма, 2001), 176 (Blakelock, 1951) или даже 220 видов (Zhu, 2012), которые, в соответствии с наиболее современной классификацией {Blakelock, 1951, Ма, 2001), подразделяются на два подрода - Euonymus и Kalonymus - и ряд секций. Наибольшее число видов Euonymus встречается в Азии (115 видов, ~ 88,5%), а в Европе и Центральной Америке произрастают по четыре вида (Ма, 2001); свыше 40 видов бересклетов выращивают в Европе и Северной Америке в качестве декоративных растений и живых изгородей (Simmons et al., 2012).

Фитохимические исследования растений рода Euonymus проводились до сих пор главным образом для обнаружения биологически активных веществ. Многие его виды используются в китайской народной медицине, поскольку они содержат вещества, обладающие противоопухолевой, противомикробной, антидиабетической и инсектицидной активностью (Zhu, 2012). К настоящему времени из этих видов было выделено и идентифицировано свыше 200 различных соединений - 43 тритерпеноида, 82 сесквитерпена, 22 флавоноида, 11 алифатических кислот, 40 алкалоидов, шесть стероидов, три карденолида, пять лигнаноидов и 34 других соединения (Zhu, 2012).

Кроме того, в плодах этих растений уже давно было найдено непищевое жирное масло (Blakelock, 1951). Было показано, что оно накапливается не только в семенах, но и в ариллусах плодов. Капли масла в клетках эпидермы ариллусов Е. europaeus обнаружил ещё Corner (1976), а о содержании таких капель в клетках паренхимы ариллусов отдельных видов бересклетов ранее сообщали Меликян и Савинов (Меликян, Савинов, 2000). Таким образом, из имеющихся данных можно было заключить, что виды рода Euonymus принадлежат к группе растений с сочными масличными плодами (Трусов, Созонова, 2012), накапливающих масло не только в высыхающих при созревании семенах, но и в водонасыщенных внесеменных частях плода (гипантиях, мезокарпах, присемянниках и др.). При этом оказалось, что данные органы плода растений этой группы резко различаются между собой по составу жирного масла.

В семенах исследованных ранее видов бересклетов резервные НАГ масла на 8098% состояли из ацДАТ и лишь на 2-15% - из 1,2,3-триацил-£и-глицеринов (ТАГ) обычного состава, свойственных почти всем органам запаса растений, в том числе - и масличным плодам. В то же время, в НАГ ариллусов из Е. alatus (Durrett et al., 2010) обладают пониженной на 30% вязкостью (Ииггеи е1 а1, 2010) и калорийностью (5 ккал/г, в отличие от ТАГ, калорийность которых составляет 9 ккал/г) (Богетеп е/ а1, 2008). Необычные оптически активные 3-ацетил-1,2-диацил-л'«-глицерины (ацДАГ) из семян некоторых растений являются природным аналогом препарата БАЬАТММ®, однако в настоящее время информация о ЖК-составе растительных ацДАГ и об их количественном содержании в разных частях плода практически отсутствует.

В представленной работе изложены результаты определения абсолютного содержания, качественного и количественного состава этих классов НАГ и их ЖК-состава, а также уровня сухой массы в семенах и ариллусах зрелых плодов 14 видов бересклетов, принадлежащих к обоим подродам рода Еиопутт. Помимо этого, нами было изучено формирование морфолого-анатомической структуры семян и ариллусов плодов бересклетов в ходе их созревания, а также особенности накопления в них обоих классов НАГ. Наконец, приводятся доказательства того, что в семенах бересклетов остаток уксусной кислоты в молекуле ацДАГ этерифицирует исключительно 5я-3-положение. дополнительными десатуразами, которые хоть и близки по структуре к Д9-десатуразе, но вводят этиленовую связь в другое положение ацила и могут обладать иной субстратной специфичностью (Voelker, Kinney А, 2001). Так, растения семейства Зонтичных (Umbelliferae), например, морковь и кориандр, содержат в семенах масла, богатые петрозелиновой кислотой (Д6-18:1). Эта необычная ЖК образуется в результате действия пластидной Д4-десатуразы, вводящей двойную связь между 4 и 5 углеродными атомами ацила пальмитоил-АПБ, превращая его в Д4-гексадеценоил-АПБ, который затем элонгируется до петрозелиновой кислоты (Cahoon, Ohlrogge, 1994). Другими любопытными примерами «необычной» десатурации могут служить масло пенника лугового {Limnanthes alba), в составе которого до 65% приходится на Д5-20:1 ЖК {Metzger, Bornscheuer, 2006), ряд Д5-ЖК в липидах хвои сосны {Wolff et al„ 2001).

1.2.2. Биосинтез окси-, эпокси- и ацетиленовых ЖК у высших растений

ЖК с дополнительными функциональными группами в ацильной цепи представляют собой ценное сырьё для промышленности и, благодаря их особым физическим и химическим свойствам, могут быть использованы для производства разнообразных биопродуктов {Dyer et al., 2008).

Биосинтез ЖК, содержащих гидроксильные, эпокси- и ацетиленовые функциональные группы осуществляется благодаря действию семейства соответствующих ферментов. Структурно эти ферменты подобны экстрапластидным мембранно-связанным Д12-десатуразам (FAD2). Замена всего четырёх аминокислот достаточна для превращения 18:1-десатуразы в 18:1-гидроксилазу {Li, Yu, Hildebrand, 2010). Предполагается, что синтез этих ЖК, содержащих функциональные группы, происходит в ЭР, а субстратом для ферментов являются ЖК, этерифицирующие главный липид большинства клеточных мембран - фосфатидилхолин (ФХ) {Voelker, Kinney, 2001).

К числу наиболее широко известных растений, способных синтезировать гидрокси-лированные ЖК, относятся клещевина, масло которой содержит свыше 90% рицинолевой (12-окси-олеиновой) кислоты {Somerville et ah, 2000), лесной орех {Lesquerella densipila), масло семян которого богато лесквероловой (14-окси-эйкоза-г/ис-11-еновой) кислотой и масла представителей рода Strophantus, содержащие изорици-нолевую (9-окси-октадека-t/wc-12-еновую) кислоту, а также Salvia nilotica и Thymus vulgaris, накапливающие масла, включающие, соответственно 2-окси-олеиновую и 2-окси-линоленовую кислоты {Christie, 2012). Некоторые растения запасают в составе ТАГ эпоксидированные ЖК или ЖК с разветвлённой цепью. Это, например, Vernonia galamensis, Euphorbia lagascae и Stokesia

61. Cagliari A., Pinheiro-Margis M., Loss G., Mastroberti A, de Araujo Mariath J, Margis R. (2010) Identification and expression analysis of castor bean (Ricinus communis) genes encoding enzymes from the triacylglycerol biosynthesis pathway. Plant Science, 179, 499509.

62. Cahoon E., Ohlrogge J. (1994) Metabolic Evidence for the Involvement of a A4-Palmitoyl-Acyl Carrier Protein Desaturase in Petroselinic Acid Synthesis in Coriander Endosperm and Transgenic Tobacco Cells. Plant Physiol., 104, 827-837.

63. Cahoon E., Ohlrogge, J. (1994) Apparent role of phosphatidylcholine in the metabolism of petroselinic acid in developing Umbelliferae endosperm. Plant Physiol., 104, 845-855.

64. Cahoon E.B., Shockey J.M., Dietrich C.R., Gidda S.K., Mullen R.T., Dyer J.M. (2007) Engineering oilseeds for sustainable production of industrial and nutritional feedstocks: solving bottlenecks in fatty acid flux. Curr. Opin. Plant Biol., 10, 236-244.

65. Cakir A. (2004) Essential oil and fatty acid composition of the fruits of Hippophae rhamnoides L. (Sea Buckthorn) and Myrtus communis L. from Turkey. Biochemical Systematics and Ecology, 32, 809-816.

66. Cartea M.E., Migdal M., Galle A.M., Pelletier G., Guerche P. (1998) Comparison of sense and antisense methodologies for modifying the fatty acid composition of Arabidopsis thaliana oilseed. Plant Sci., 136, 181-194.

67. Cases S., Smith SJ., Zheng Y.W., Myers H.M., Lear S.R., Sande E., Novak S., Collins C., Welch C.B., Lusis A. J., Erickson S.K., Farese R.V. Jr.(1998) Identification of a gene encoding an acyl CoA : diacylglycerol acyltransferase, a key enzyme in triacylglycerol synthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 95, 13018-13023.

68. Cases S., Stone S.J., Zhou P., Yen E., Tow B., Lardizabal K.D., Voelker T., Farese R.V. Jr. (2001) Cloning of DGAT2, a second mammalian diacylglycerol acyltransferase, and related family members. J. Biol. Chem., 276, 38870-38876.

69. Cernac A., Benning C. (2004) WRINKLED 1 encodes an AP2/EREB domain protein involved in the control of storage compound biosynthesis in Arabidopsis. Plant J., 40, 575585.

70. Chen J.C., Tsai C.C., Tzen J.T. (1999). Cloning and secondary structure analysis of caleosin, a unique calcium-binding protein in oil bodies of plant seeds. Plant Cell Physiol., 40, 1079 -1086.

71. Cheng K. (2007) Fatty Acids Analysis in Decaisnea insignis and Akebia trifoliate Seed Oil by GC-MS. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 5, 183-186.

72. Christie W. (1969) The glyceride structure of Sapium sebiferum seed oil. Biochim. Biophys. Acta, 187, 1-5.