ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2008, том 55, № 4, с. 535-540
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 581.1
ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ЛИПИДОВ ЭНДОСПЕРМА И ЗАРОДЫША СЕМЯН Pinus sibirica И P. sylvestris
© 2008 г. С. П. Макаренко*, Т. А. Коненкина*, Т. Е. Путилина*,
Л. И. Донская**, О. В. Музалевская**
* Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук,
Иркутск
** Иркутский государственный университет, Иркутск Поступила в редакцию 02.05.2007 г.
Методом ГЖХ изучен жирнокислотный состав запасных липидов эндосперма и зародыша семян двух видов сосны Pinus sibirica и P. sylvestris и возможные пути биосинтеза этих кислот. Жирнокислотный состав липидов зародыша и эндосперма в семенах P. sibirica характеризуется более высоким содержанием олеиновой кислоты (соответственно 22.0 и 24.0%), чем в таких же липидах P. sylvestris (18.7 и 14.0%), тогда как линолевая кислота преобладала в липидах зародыша и эндосперма у P. sylvestris (44.8 и 46.8%) и у P. sibirica (43.5 и 42.6%), что, вероятно, обусловлено высокой экспрессией гена стеароил-Д9 ацил-липидной десатуразы и генаfad2 микросомальной ю6-ацил-липидной десатура-зы. В составе запасных липидов семян хвойных присутствуют Д5-ненасыщенные ЖК (Д5-НПМР): таксолеиновая (С18:2Д5,9), эфедриновая (С18:2Д5,11), пиноленовая (С18:3Д5,9.12), скиадоновая (С18:3Д5,11.14), конифероновая (С18:4Д5,9,12.15). В составе Д5-НПМР липидов эндосперма и зародыша семян P. sylvestris содержание пиноленовой кислоты было выше (22.1 и 19.6%), чем в семенах P. sibirica (19.1 и 18.6%).
Ключевые слова: Pinus sibirica - Pinus sylvestris - эндосперм - зародыш - жирные кислоты.
ВВЕДЕНИЕ
Семена и плоды высших растений характеризуются различным уровнем запасных липидов, которые определяют как пищевые, так и технические свойства этих растений, и принимают участие в структурной и функциональной организации клетки и целого организма [1-3]. Ключевая роль в составе запасных липидов растений принадлежит длинноцепочечным насыщенным и ненасыщенным ЖК, входящим в структуру основных компонентов клеточных мембран - глицеро-фосфатидов и гликолипидов [4-7]. Важная роль в изменении соотношения насыщенных и ненасыщенных ЖК отводится ферментам - десатуразам ЖК, участвующим в биосинтезе ненасыщенных ЖК: ацил-АПБ-десатуразе ЖК, связанной с ацил-переносящим белком (АПБ-16:0 и АПБ-18:0), и нерастворимым мембранным ацил-липид-ным ю6- и ю3-десатуразам, отличающимся между собой по структуре и свойствам [4, 7-10]. В работах [4, 7, 9, 11] показано, что в растительной клет-
Сокращения: АПБ - ацил-переносящий белок, ИН - индекс ненасыщенности, ПНЖК - полиненасыщенные ЖК, Д5-НПМР - ненасыщенные полиметиленразделенные ЖК. Адрес для корреспонденции: Макаренко Сергей Петрович. 664033 Иркутск, ул. Лермонтова, 132. Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН. Факс: 007 (3952) 51-07-54; электронная почта: makar@sifibr.irk.ru
ке первая цмс-двойная связь между СА9 и СА10 атомами в С18:0 цепи вводится стеароил-АПБ-десатуразой, которая конвертирует стеароил-АПБ в олеоил-АПБ с образованием олеиновой кислоты. Введение второй и третьей двойных связей в ненасыщенные ЖК с 18 углеродными атомами в хлоропластных мембранах растений осуществляется ацил-липидными ю6 (Баб5 и Fad6) и ю3 (Fad7 и Fad8) десатуразами [7, 9, 11]. В запасных липидах семян и эндоплазматических мембранах высших растений образование полиненасыщенных ЖК (ПНЖК) происходит с участием мембранных микросомальных ацил-липидных ю6 ^2) и ю3 ^3) десатураз [1, 8, 9, 12, 13]. В липидах семян и фотосинтетических тканей хвойных [2, 14-17], липидах семян представителей семейства лютиковых (Капипеи1аееае) [18], а также в липидах клеток животных, мхов, лишайников, грибов и микроводорослей [19-21] идентифицированы А5-ненасыщенные ЖК: таксолеиновая (С18:2А5,9) и эфедриновая (С18:2А5,11), пиноленовая (С18:3А5,9.12) и скиадоновая (С20:3А5,11.14) кислоты [2, 14-16, 22]. Содержание А5-ненасыщенных ЖК может составлять до 30% и более [2, 23-25]. Десатурация А5-НПМР (ненасыщенных полиметиленразделенных ЖК) в липидах растений, животных и грибов связана с цитохромом Ь5, который в виде домена включает-
ся в состав Д5-десатуразы либо со стороны N-koh-цевой аминокислотной последовательности фермента, либо ее С-концевой части [10, 26, 27]. Рассмотрение функциональных характеристик "front-end" десатураз (Д4, Д5, Д6 и Д8), включаемых в биосинтез ненасыщенных ЖК с двумя и более двойными связями, показывает, что Д5-деса-тураза у мхов, грибов, микроводорослей и в клетках животных принимает участие в образовании арахидоновой (С20:4Д5,8.11,14) и эйкозапентае-новой (С20:5Д5,8.11,14.17) кислот [19-21, 28]. В настоящее время трудно объяснить присутствие значительных количеств Д5-НПМР в липи-дах фотосинтетических и нефотосинтетических тканей некоторых видов растений. Изучение Д5-НПМР у pазныx видов хвойных растений связано с их использованием в хемосистематике и реконструкции филогенетических взаимоотношений различных таксонов [2, 18, 24, 25]. В то же время, семена некоторых видов сосны представляют собой ценный источник для пищевых и медицинских целей [23, 28, 29].
В настоящей работе методом ГЖХ был изучен жирнокислотный состав липидов эндосперма и зародыша семян двух видов сосны - сибирской (Pinus sibirica) и обыкновенной (P. sylvestris), и рассмотрен путь биосинтеза ненасыщенных ЖК в липидах семян хвойных.
METO ДИКА
Зародыш и эндосперм получали из семян Pinus sibirica и P. sylvestris, предоставленных Больше-реченским лесхозом Иркутской обл.
Образцы замораживали в жидком азоте и растирали в агатовой ступке до получения однородной массы, переносили в делительную колонку объемом 50 мл и экстрагировали липиды смесью хлороформ : метанол : вода (1 : 2 : 0.8) [30]. Для удаления хлороформа из экстракта липидов использовали роторный испаритель RVO-64 (Чехия). Для получения метиловых эфиров ЖК к экстракту липидов добавляли 1%-ный метаноль-ный раствор NaOH и нагревали на водяной бане при 80°С в течение 30 мин. После охлаждения к полученной смеси добавляли воду (до 1/2 объема смеси) и трижды экстрагировали метиловые эфи-ры ЖК гексаном [31]. Анализ метиловых эфиров ЖК зародыша и эндосперма проводили на газожидкостном хроматографе Shimadzu GC-9A ("Shimadzu", Япония) с использованием пламенно-ионизационного детектора и стеклянной капиллярной колонки (25 м х 0.25 мм) с неподвижной фазой Carbowax-20M ("Supеlco", США) при 190°С (газ-носитель - гелий). Для идентификации метиловых эфиров ЖК липидов использовали стандарты и индекс эквивалентной длины алифатической цепи (ECL) [32]. Для оценки ненасыщенности ЖК в липидах семян использовали ин-
декс ненасыщенности: ИН = ^ PJ/100, где Р} - содержание (весовые %%) ненасыщенных ЖК, умноженное на содержание двойных связей в каждой кислоте [33].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Жирнокислотный состав липидов эндосперма и зародыша семян двух видов сосны (P. sibirica и P. sylvestris) по данным ГЖХ показан в таблице. Запасные липиды зародыша и эндосперма этих видов сосны характеризуются низким содержанием насыщенных ЖК (5.8-7.6%), при этом пальмитиновая кислота (С16:0) составляла в липидах зародыша семян P. sylvestris и P. sibirica 4.4 и 5.0% соответственно, и в липидах эндосперма сосны этих видов - 3.5 и 4.2% соответственно. Содержание другой насыщенной кислоты - стеариновой (С18:0) составляло 1.8-2.4%. Содержание ненасыщенных ЖК в липидах зародыша и эндосперма семян этих видов сосны достигало 92-94%. Среди ненасыщенных ЖК липидов семян были идентифицированы моноеновые, диеновые, триеновые и тетраеновые ЖК (Д5, ю9, ю6, ю3) с цис-конфи-гурацией углеводородных цепей. Содержание мо-ноеновых, диеновых и триеновых кислот показано в таблице. Так, содержание моноеновых ЖК в липидах зародыша и эндосперма в семенах P. sibirica было выше (24.1 и 25.6%), чем в P. sylvestris (20.1 и 15.8%). В составе моноеновых ЖК липидов семян обоих видов сосны значительную долю составляла олеиновая (С18:1ю9) кислота, при этом в липидах зародыша и эндосперма семян P. sibirica ее содержание было 22.0 и 23.9% против 18.8 и 14.0% в липидах зародыша и эндосперма P. sylvestris (таблица).
Как было показано в работах [4, 5, 7], биосинтез олеиновой кислоты в клетках фотосинтетических тканей высших растений осуществляется в строме хлоропластов растворимой Д9-стеароил-АПБ-десатуразой, которая вводит двойную связь между С9 и С10 атомами в ацильной цепи насыщенной кислоты. Олеиновая кислота транспортируется в мембраны как хлоропластов, так и эн-доплазматического ретикулума для последующей десатурации в липид-связанной форме. Предполагается, что присутствие значительных количеств олеиновой кислоты в липидах биологических мембран обусловлено высокой активностью гена Д9-ацил-АПБ-десатуразы.
Д9-Десатуразная активность является важнейшим фактором мембранной текучести, может регулироваться различными факторами и контролироваться как на транскрипционном, так и на посттранскрипционном уровнях [7, 34, 35]. Олеиновая кислота в то же время является субстратом для синтеза не только линолевой кислоты, а также и для синтеза Д5- и Д6-ненасыщенных ЖК в
ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ ЛИПИДОВ 537
Жирнокислотный состав (весовые %%) липидов зародыша и эндосперма семян сосны Pinus sibirica и P. sylvestris
ECL ЖК Зародыш Эндосперм
P. sibirica (n = 2) P. sylvestris (n = 2) P. sibrica (n = 5) P. sylvestirs (n = 3)
16.0 С16:0 5.0 ± 0.1 4.2 ± 0.1 4.4 ± 0.1 3.5 ± 0.1
16.25 С16:1ю9 - - 0.1 ± 0 0.1 ± 0
16.32 С16:1ю7 0.3 ± 0.1 0.2 ± 0.0 0.1 ± 0 0.1 ± 0
16.67 С16:2ю6 0.3 ± 0.1 0.3 ± 0.1 0.2 ± 0.1 0.2 ± 0
17.0 С17:0 0.1 ± 0 0.1 ± 0 0.1 ± 0 0.1 ± 0
18.0 С18:0 2.0 ± 0.1 2.0 ± 0.1 2.4 ± 0.1 1.8 ± 0.2
18.26 С18:1ю9 22.0 ± 0.4 18.8 ± 0.3 23.9 ± 0.4 14.0 ± 0.5
18.32 С18:1ю7 0.5 ± 0.1 - 0.3 ± 0.1 0.8 ± 0.3
18.46 С18:2Д5,9 1.5 ± 0.1 2.0 ± 0.1 1.5 ± 0.1 2.4 ± 0.1
18.56 С18:2Д5,11 0.3 ± 0.1 0.3 ± 0.1 0.4 ± 0.1 0.2 ± 0.1
18.78 С18:2ю6 43.6 ± 0.1 44.8 ± 0.2 42.8 ± 0.5 46.8 ± 0.2
18.99 С18:3Д5,9.12 18.6 ± 0.2 19.6 ± 0.3 19.1 ± 0.1 22.1 ± 0.1
19.05 С18:3ю6 0.6 ± 0.1 0.6 ± 0.1 0.7 ± 0.1 0.6 ± 0.1
19.25 С18:3ю3 0.3 ± 0.1 0.3 ± 0.1 0
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.