Водный обмен растений - Жолкепич В.Н.
ISBN 5-02-003977-2
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, при объяснении аномальных эффектов D и 180 в D20 и Н2%0 необходимо учитывать отсутствие таких эффектов для 15N и одинаковый порядок величин эффектов для
D и 180. Следовательно, эти явления могут быть обусловлены веществом, в котором сравнимо относительное содержание водорода и кислорода и пет азота. Поэтому вполне возможно, что причиной изотопных эффектов при изменении изотопного состава воды является изменение структурного состояния самой воды.
Неоднородность изотопного состава внутриклеточной воды может быть микрогетерогенной, определяющейся различием изотопного состава отдельных участков цитоплазмы, отдельных структур клетки и т. д., или гомогенной, обусловленной нарушениями изотопной чистоты при одинаковом для каждого микроскопического участка и для каждой структуры состава смеси Н20 с D20 или 1НЦ80. При изотопных эффектах, обусловленных неоднородностью первого типа, адаптация соответствует вырав-циваиию изотопного состава воды в определенных участках клетки-
Если же наблюдаемые эффекты объясняются неоднородностью второго типа, то адаптация возможна лишь в воде относительно чистого изотопного состава и была бы невозможна в тяжелой воде промежуточных концентраций. Поэтому более вероятно, что изотопные эффекты обусловлены неоднородностью первого типа.
Такой точке зрения в известной стенени противоречит установленный рядом исследователей [58—60, 182] факт быстрой обменнваемости внутриклеточной воды растеппй на воду внешней среды, вследствие чего и процесс адаптации должен был бы протекать за более короткое время, чем это намечалось в рассмотренных выше работах.
Для выяснения природы этих явлений на молекулярном уровне многое может дать изучение изменений биохимических процессов, происходящих при замене изотопного состава воды. Большой интерес представляют работы, в которых под действием D2O установлено подавление синтеза ДНК [183] и торможение синтеза рибосомных РНК [184], работы по исследованию каталитических свойств дейтерированных ферментов [185], по исследованию изменений конфигурации аллостерических ферментов под действием D20 [186]. В анализе влияния D20 на биологические процессы, проведенном в данных работах, наиболее существенно положение о вероятной обусловленности этих эффектов изменениями свойств молекул воды и определение периода адаптации как времени, необходимого для уравнивания изотопного состава воды внешней среды и воды организма.
В работе [187] установлено снижение интенсивности дыхания и скорости аэробного окисления янтарной кислоты при помещении препаратов митохондрий в D20 (в опытах применялись концентрации D20 от 95 до 99 ат. %). D2O мало влияла на степень сопряжения фосфорилирования и окисления. Торможе-
ние дыхания под действием D2O сохранялось и в присутствии
2,4-динитрофенола. Полученные результаты авторы объясняют замедлением реакции отщепления протонов при переходе от во-дородпереносящих к электронпереносящим звеньям дыхательной цепи и при этерификации неорганического фосфата.
Специфическое ингибирование некоторых ферментативных реакций в интактиых митохондриях под действием 92—96 % D20 показано в работе [188]. D20 не влияла на реакцию переноса водорода между NADH и NADP, но подавляла эндэрго-ническую трансдегидрогеназную реакцию. Авторы считают, что D20 тормозит процессы образования, утилизации и распада мак-роэргических промежуточных продуктов окислительного фосфо-рилирования.
Приведенные данные свидетельствуют о многостороннем влиянии тяжелой воды на физиолого-биохимические процессы. Необходимо, однако, иметь в виду, что эти данные были получены в основном в опытах с высокими концентрациями D20.
С целью выявления оптимальных концентраций D2O проводились исследования влияния пониженных концентраций D20 (3, 5, 10, 20, 40 ат. %) на рост растений кукурузы и поглощение ими воды [81].
В период прорастания (первые 3—4 дня) у растений, находившихся в тяжелой воде различной концентрации, заметных отклонений от нормы не наблюдалось. В последующем, в период образования второго и третьего листа, влияние D2O становилось более заметным. При длительном (в течение 15 дней) выращивании 5%-ная концентрация D20 оказывала угнетающее влияние на растения, замедляя их рост. Некоторое торможение роста растений наблюдалось и при 3%-ной концентрации тяжелой воды.
На основании этих данных можно считать допустимым использование в опытах с растениями тяжелой воды с содержанием дейтерия до 3 атом.%; лишь при непродолжительных экспозициях опыта может применяться тяжелая вода более высоких концентраций.
Для выяснения возможности влияния D20 непосредственно на процесс поглощения воды опытные растения помещали в питательные растворы с различным содержанием D20, после чего поглощение ими воды учитывалось с помощью высокочувствительного электронного прибора, действующего по принципу емкостного уровнемера [81].
Результаты опытов (табл. 20) показывают, что низкие концентрации D20 не оказывают заметного влияния на процесс поглощения корнями воды. Тенденция к снижению поглощения воды намечается лишь при содержании в воде 10,0 ат.% дейтерия.
