ЭФФЕКТЫ ДЕЙСТВИЯ ФИКОБИЛИПРОТЕИНОВ ARTHROSPIRA PLATENSIS (NORDSTEDT) GOMONT В РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЯХ: АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ В ГЛЮКОЗООКСИДАЗНОЙ ТЕСТ-СИСТЕМЕ И РАЗОБЩЕНИЕ ОКИСЛЕНИЯ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ В МИТОХОНДРИЯХ
Аннотация
Обоснование. Цианобактерия Arthrospira (Spirulina) platensis (спирулина) обладает уникальным биохимическим составом и находит широкое применение в различных сферах, в том числе в медицине и сельском хозяйстве. Основные фикобилипротеины (ФБП) спирулины – С-фикоцианин и аллофикоцианин защищают клетки животных от окислительного стресса и дисфункции митохондрий. В то же время мало сведений об антиоксидантных свойствах ФБП в растительной клетке и их влиянии на биоэнергетические параметры митохондрий растений.
Цель. Целью данной работы было изучение влияния экстракта ФБП A. platensis на глюкозооксидазную активность и функционирование митохондрий картофеля.
Материалы и методы. ФБП выделяли из сырой биомассы A. platensis (Nordstedt) Gomont (штамм IBSS–31) с помощью холодной экстракции и осаждения ацетоном. Белковый экстракт с высокой долей С-фикоцианина использовали в концентрациях 0,025 – 0,25 мг/мл. Об антиоксидантных свойствах ФБП судили по ингибированию глюкозооксидазной активности экстрактов картофеля с повышенной экспрессией гена GOX. Окислительную и фосфорилирующую активность митохондрий в присутствии ФБП оценивали полярографическим методом. Статистическую обработку данных осуществляли с помощью SigmaPlot v. 14.0.
Результаты. Глюкозооксидазный тест выявил антиоксидантную активность экстракта ФБП, ярко выраженную при концентрации белка 0,25 мг/мл. В этой же концентрации экстракт вызывал разобщение процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях картофеля при окислении сукцината, связанное с повышением скорости дыхания в состоянии 4 и снижением коэффициента дыхательного контроля.
Заключение. Таким образом, фикобилипротеины A. platensis концентрационно-зависимым образом снижают генерацию пероксида водорода в глюкозооксидазной тест-системе и разобщают процессы окисления и фосфорилирования митохондрий растений.
Скачивания
Литература
2. Gevorgiz R.G., Nehoroshev M.V. Kolichestvennoe opredelenie massovoj doli S-fikocianina i allofikocianina v suhoj biomasse Spirulina (Arthrospira) platensis North. Geitl. Holodnaja jekstrakcija : uchebno-metodicheskoe posobie [Quantification of the mass fraction of C-phycocyanin and allophycocyanin in dry biomass of Spirulina (Arthrospira) platensis North. Geitl. Cold extraction]. RAN, In-t morskih biologicheskih issledovanij im. A.O. Kovalevskogo, Sevastopol‘, 2017, 21 p. https://repository.marine-research.org/handle/299011/46
3. Kedik S.A., Jarcev E.I., Sakaeva I.V., Zhavoronok E.S., Panov A.V. Biofarmacevticheskij zhurnal, 2011, vol. 3, no. 3, pp. 3-10. https://submit.biopharmj.ru/ojs238/index.php/biopharmj/article/view/84
4. Klimenko E.S., Kulinchenko M.V., Grebnev P.A., Ditrish A., Konstantinov Ju.M. Journal of Stress Physiology & Biochemistry, 2014, vol. 10, no. 4, pp. 78-84. https://doi.org/10.31255/978-5-94797-319-8-1276-1279
5. Pobezhimova T.P., Kolesnichenko A.V., Grabelnykh O.I. Metody izuchenija mitohondrij rastenij. Poljarografija i jelektroforez [Methods for studying plant mitochondria. Polarography and electrophoresis]. M.: OOO «NPK Promjekspobezopasnost‘», 2004, 98 p.
6. Savchin D.V., Panjush A.S., Kartel‘ N.A. Sb. nauch. tr., Institut genetiki i citologii NAN Belarusi [Collection of scientific papers Institute of Genetics and Cytology of the National Academy of Sciences of Belarus]. Minsk, 2011, vol. 12, pp. 49-55.
7. Savchin D.V., Veresova T.N., Mezhnina O.A., Panjush A.S., Vjacheslavova A.O., Goldenkova-Pavlova I.V. Vesci NAN Belarusi. Ser. Bijal. Navuk, 2015, no. 1, pp. 50-55. https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/99
8. Stadnichuk I.N., Tropin I.V. Phycobiliproteins: structure, functions and biotechnological applications. Applied Biochemistry and Microbiology, 2017, vol. 53. no. 1, pp. 1-10. https://doi.org/10.7868/S0555109917010184
9. Bashandy S.A.E., El Awdan S.A., Ebaid H., Alhazza I.M. Antioxidant potential of Spirulina platensis mitigates oxidative stress and reprotoxicity induced by sodium arsenite in male rats. Oxid. Med.Cell. Longev., 2016, vol. 2016, id 7174351. https://doi.org/10.1155/2016/7174351
10. Bhat V.B., Madyastha K.M. C-phycocyanin: a potent peroxyl radical scavenger in vivo and in vitro. Biochem. Biophys. Res. Commun., 2000, vol. 275, pp. 20-25. https://doi.org/10.1006/bbrc.2000.3270
11. de Souza T.D., Prietto L., de Souza M. M., Furlong E.B. Profile, antioxidant potential, and applicability of phenolic compounds extracted from Spirulina platensis. African Journal of Biotechnology, 2015, vol. 41, pp. 2903-2909. https://doi.org/10.5897/AJB2015.14926
12. Demine S., Renard P., Arnould T. Mitochondrial uncoupling: a key controller of biological processes in physiology and diseases. Cells, 2019, vol. 8, no. 795. https://doi.org/10.3390/cells8080795
13. Ertani A., Nardi S., Francioso O., Sanchez-Cortes S., Di Foggia M., Schiavon M. Effects of two protein hydrolysates obtained from chickpea (Cicer arietinum L.) and Spirulina platensis on Zea mays (L.) plants. Front. Plant Sci., 2019, vol. 10, no. 954. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00954
14. Farooq S.M., Boppana N.B., Asokan D., Sekaran S.D., Shankar E.M., Li C., Gopal K., Bakar S.A., Karthik H.S., Ebrahim A.S. C-Phycocyanin confers protection against oxalate-mediated oxidative stress and mitochondrial dysfunctions in MDCK cells. PLoS One, 2014, vol. 4, pp. e93056. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093056
15. Fernández-Rojas B., Medina-Campos O.N., Hernández-Pando R., Negrette-Guzmán M., Huerta-Yepez S., Pedraza-Chaverri J. C-phycocyanin prevents cisplatin-induced nephrotoxicity through inhibition of oxidative stress. Food & function, 2014, vol. 5, no. 480. https://doi.org/10.1039/c3fo60501a
16. Godlewska K., Michalak I., Pacyga P., Baśladyńska S., Chojnacka K. Potential applications of cyanobacteria: Spirulina platensis filtrate and homogenates in agriculture. World Journal Microbiol. Biotechnol., 2019, vol. 35, no. 80. https://doi.org/10.1007/s11274-019-2653-6
17. Grabelnych O.I., Borovik O.A., Lyubushkina I.V., Gamburg K.Z., Fedyaeva A.V., Fedoseeva I.V., Stepanov A.V., Rikhvanov E.G., Sauchyn D.V., Urbanovich O.Yu., Borovskii G.B. Biological effects of potato plants transformation with glucose oxidase gene and their resistance to hyperthermia. Journal of Stress Physiology & Biochemistry, 2017, vol. 13, no. 1, pp. 5-14. http://www.jspb.ru/issues/2017/N1/JSPB_2017_1_05-14.pdf
18. Hongsthong A., Bunnag B. Overview of Spirulina: biotechnological, biochemical and molecular biological aspects. Chapter 2 In: Handbook on Cyanobacteria. Eds: P.M. Gault, H.J. Marler. Nova Science Publishers Inc., 2009, pp. 51-103.
19. Ježek P., Holendová B., Garlid K.D., Jabůrek M. Mitochondrial uncoupling proteins: subtle regulators of cellular redox signaling. Antioxidants & Redox Signaling, 2018, vol. 29, no. 7. https://doi.org/10.1089/ars.2017.7225
20. Konícková R., Vanková K., Vaníková J., Vánová K., Muchová L., Subhanová I., Zadinová M., Zelenka J., Dvorák A., Kolár M., Strnad H., Rimpelová S., Ruml T., Wong R. J., Vítek L. Anti-cancer effects of blue-green alga Spirulina platensis, a natural source of bilirubin-like tetrapyrrolic compounds. Annals of Hepatology, 2014, vol. 13, no. 2, pp. 273-283. https://doi.org/10.1016/S1665-2681(19)30891-9
21. Koru E. Earth Food Spirulina (Arthrospira): Production and quality standards. Food Additive, 2012. pp. 191-202. https://doi.org/10.5772/31848
22. Li Y-J., Han Z., Ge L., Zhou C.-J., Zhao Y-F., Wang D-H., Ren J.G, Niu X-X., Liang C-G. C-phycocyanin protects against low fertility by inhibiting reactive oxygen species in aging mice. Oncotarget, 2016, vol. 7, no. 14, pp. 17393-17409. https://doi.org/10.18632/oncotarget.8165
23. Liu Q., Huang Y., Zhang R., Cai T., Cai Y. Medical application of Spirulina platensis derived c-phycocyanin. Evid. Based Complement. Alternat. Med., 2016, vol. 2016, id 7803846. https://doi.org/10.1155/2016/7803846
24. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with the folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 1951, vol. 193, pp. 265-275.
25. Neuburger M., Journet E.P., Bligny R., Carde J.P., Douce R. Purification of plant mitochondria by isopycnic centrifugation in density gradients of Percoll. Arch. Biochem. Biophys., 1982, vol. 217, no. 1, pp. 312-323. https://doi.org/10.1016/0003-9861(82)90507-0
26. Niu Y.-J., Zhou W., Guo J., Nie Z.-W., Shin K.-T., Kim N.-H., Lv W.-F., Cui X.-S. C-phycocyanin protects against mitochondrial dysfunction and oxidative stress in parthenogenetic porcine embryos. Scientific reports, 2017, vol. 7, article number: 16992. https://doi.org/10.1038/s41598-017-17287-0
27. Romay C., Gonzalez R. Phycocyanin is an antioxidant protector of human erythrocytes against lysis by peroxyl radicals. J. Pharm. Pharmacol., 2000, vol. 52, pp. 367-368. https://doi.org/10.1211/0022357001774093
28. Romay C., Gonzalez R., Ledon N., Remirez D., Rimbau V. C-phycocyanin: a biliprotein with antioxidant, anti-inflammatory and neuroprotective effects. Curr. Protein. Pept. Sci., 2003, vol. 4, pp. 207-216. https://doi.org/10.2174/1389203033487216
29. Thaakur S., Sravanthi R. Neuroprotective effect of Spirulina in cerebral ischemia-reperfusion injury in rats. J. Neural Transm. 2010, vol. 117, pp. 1083-1091. https://doi.org/10.1007/s00702-010-0440-5
30. Wu Q., Liu L., Miron A., Klímová B., Wan D., Kuča K. The antioxidant, immunomodulatory, and anti-inflammatory activities of Spirulina: an overview. Arch. Toxicol., 2016, vol. 90, pp. 1817-1840. https://doi.org/10.1007/s00204-016-1744-5
31. Zheng J., Inoguchi T., Sasaki S., Maeda Y., McCarty M.F., Fujii M., Ikeda N., Kobayashi K., Sonoda N., Takayanagi R. Phycocyanin and phycocyanobilin from Spirulina platensis protect against diabetic nephropathy by inhibiting oxidative stress. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol., 2013, vol. 304, pp. R110-R120. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00648.2011
Просмотров аннотации: 282 Загрузок PDF: 296
Copyright (c) 2021 Alexey V. Stepanov, Alisa A. Aksenova, Elizaveta A. Polyakova, Irina V. Fedoseeva, Olga I. Grabelnykh, Ruslan G. Gevorgiz
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.