Водный обмен растений - Жолкепич В.Н.
ISBN 5-02-003977-2
Скачать (прямая ссылка):
Естественно, что в результате многих циклов превращений все одноименные молекулы организма окажутся перемешанными в
общем «метаболическом котле». Однако эти данные будут характеризовать лишь предельные термодинамические, а не кинетические соотношения веществ и процессов в организме.
Изотопная метка может быть показателем интенсивности исследуемых процессов в организме только при условии, когда все одноименные молекулы независимо от происхождения имеют равные шансы с равной скоростью принять участие в любом из возможных процессов.
Необходимо отметить, что часть ограничений, связанных с отклонением от принципа индикаторности, удается обойти. Например, зная величину изотопного эффекта, можно внести соответствующие поправки в получаемые результаты.
ВЛИЯНИЕ D20 И Н.]80 НА РАСТЕНИЯ
Как уже отмечалось, изотопный эффект в наибольшей степени проявляется у изотопов водорода — дейтерия и трития — и меньше выражен у изотопов с большим атомным номером. Поэтому наибольшее количество работ посвящено исследованию влияния на растения тяжелой воды D2O. Установлено резкое замедление прорастания семян при 50%-ной концентрации D20
[170], подавление роста растений при 25%-иой концентрации тяжелой воды [171], а также торможение активности ряда ферментов под влиянием D20 [172]. При исследовании действия различных концентраций D^O (20, 40, 60, 80 и 100%) на прорастание семян пшеницы, гороха, подсолнечника и активность некоторых ферментов, участвующих в углеводно-белковом обмене и в окислительных процессах, К. А. Бадановой [173] были получены следующие результаты:
1) рост проростков пшеницы, гороха и подсолнечника в присутствии D20 замедляется и тем больше, чем выше ее концентрация;
2) тяжелая вода оказывает угнетающее действие на ферментативную активность растений; с повышением концентрации тяжелой воды токсическое действие ее усиливается;
3) семена, различающиеся по химическому составу запасных веществ, неодинаково реагируют на действие D20; наиболее устойчивыми к действию D20 оказались семена подсолнечника, меиее устойчивыми семена гороха; семена пшеницы занимают промежуточное положение. В работе делается вывод, что в опытах с Г)20 следует учитывать ингибиторное действие тяжелой воды на растения и применять D20 в концентрации не выше 20%.
В то же время установлено, что многие одноклеточные водоросли и бактерии могут размножаться при полном замещении в среде Н20 и a D20 [174—177]. Однако при переносе некоторых водорослей, например представителей родов Chlorella и Scene-desmus, или бактерий Escherichia coli, имеющих естественный
изотопный состав, из обычной воды в высококонцентрированную D20 (70—100 %) сначала наблюдается своеобразный «анабиоз», выражающийся в полной или частичной задержке роста; лишь спустя некоторое время происходит адаптация к необычной среде, клетки вновь начинают расти и делиться. Характерно, что такие же «анабиотические» явления наблюдаются при помещении в Н20 клеток, адаптированных к изопотно чистой D20.
Изотопный «анабиоз» пои резком переходе от Н20 к D20 и обратно, как и последующую адаптацию, нельзя объяснить обычными изотопными эффектами, так как в этих случаях клетки реагируют не на изотопный состав среды, а на его расхождение с изотопным составом организма [169].
Высказывалось предположение, что изотопный «анабиоз» может быть вызван нарушением геометрического соответствия макромолекул ДНК, РНК или белка при замене изотопов водорода [169, 178]. Структура этих макромолекул закреплена водородными связями. Поэтому можно предположить, что небольшие различия в водородных связях при очень большом их числе в макромолекуле могут исказить трехмерные «матричные» структуры и затруднить взаимодействие протиевых макромолекул с дейтериевыми. Прямую и обратную изотопную адаптацию можно при этом рассматривать как следствие медленного установления геометрического соответствия при изотопном обмене. Однако и такое объяснение не является убедительным, так как жесткость структуры макромолекул по водородным связям не может быть очень большой.
Серьезные доводы против эффектов деформации водородных связей под действием D20 представлены в работе [179]. Авторы наблюдали остановку деления, прямую и обратную адаптацию у Escherichia coli при переносе из Н20 в 92 %-ную Щ8 О и обратно,
В случае же замены в культуральной среде, а затем и в организмах всего азота на 15N [180, 181] не было обнаружено ощутимых изотопных эффектов. Поскольку водородные связи в макромолекулах белка и нуклеиновых кислот представляют мостики между азотом и кислородом, нечувствительность к замене изотопов азота при сильном влиянии изотопной замены кислорода делает весьма затруднительным объяснение эффектов, вызываемых D20 и Н^О, изменением именно водородных связей. Кроме того, изменения прочности водородных связей при замене 160 на 180 значительно меньше соответствующих изменений водородных связей при замене Н на D. Между тем влияние D20 и Н2180 на рост и деление клеток представляет величину одного и того же порядка.
