ЭФФЕКТЫ ДЕЙСТВИЯ ФИКОБИЛИПРОТЕИНОВ ARTHROSPIRA PLATENSIS (NORDSTEDT) GOMONT В РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЯХ: АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ В ГЛЮКОЗООКСИДАЗНОЙ ТЕСТ-СИСТЕМЕ И РАЗОБЩЕНИЕ ОКИСЛЕНИЯ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ В МИТОХОНДРИЯХ

  • Alexey V. Stepanov Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук http://orcid.org/0000-0002-0456-3690
  • Alisa A. Aksenova Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук http://orcid.org/0000-0002-0879-2183
  • Elizaveta A. Polyakova Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук http://orcid.org/0000-0002-4830-5888
  • Irina V. Fedoseeva Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук http://orcid.org/0000-0001-6529-9304
  • Olga I. Grabelnykh Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет» http://orcid.org/0000-0003-4220-6608
  • Ruslan G. Gevorgiz Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского» РАН http://orcid.org/0000-0002-8017-5593
Ключевые слова: Arthrospira platensis, фикобилипротеины, С-фикоцианин, глюкозооксидаза, пероксид водорода, митохондрии, разобщение процессов окисления и фосфорилирования

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

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Alexey V. Stepanov, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологической генетики

Alisa A. Aksenova, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет»; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук

магистрант; инженер 2 категории лаборатории физиологической генетики

 

Elizaveta A. Polyakova, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологической генетики

 

Irina V. Fedoseeva, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологической генетики

 

Olga I. Grabelnykh, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет»

доктор биологических наук, главный научный сотрудник лаборатории физиологической генетики; профессор кафедры физиологии растений, клеточной биологии и генетики

 

Ruslan G. Gevorgiz, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Институт биологии южных морей имени А.О. Ковалевского» РАН

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела биотехнологий и фиторесурсов

Литература

1. Gamburg K.Z., Grabelnykh O.I., Borovik O.A., Borovskij G. B. Mehanizmy ustojchivosti rastenij i mikroorganizmov k neblagoprijatnym uslovijam sredy: Sbornik materialov Godichnogo sobranija Obshhestva fiziologov rastenij Rossii, Vseross. nauchn. konf. s mezhdunar. uchastiem i shkoly molodyh uchenyh, Irkutsk, 10-15 ijulja 2018 g. [Mechanisms of resistance of plants and microorganisms to unfavorable environmental conditions: Collection of materials of the Annual Meeting of the Society of Plant Physiologists of Russia, All-Russian. scientific. conf. with int. participation and schools of young scientists, Irkutsk, July 10-15, 2018]. Irkutsk: Izd-vo Instituta geografii im. V.B. Sochavy SO RAN, 2018, part II., pp. 898-902. https://doi.org/10.31255/978-5-94797-319-8-898-902

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: 238
Загрузок PDF: 257
Опубликован
2021-04-29
Как цитировать
Stepanov, A., Aksenova, A., Polyakova, E., Fedoseeva, I., Grabelnykh, O., & Gevorgiz, R. (2021). ЭФФЕКТЫ ДЕЙСТВИЯ ФИКОБИЛИПРОТЕИНОВ ARTHROSPIRA PLATENSIS (NORDSTEDT) GOMONT В РАСТИТЕЛЬНЫХ ТКАНЯХ: АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ В ГЛЮКОЗООКСИДАЗНОЙ ТЕСТ-СИСТЕМЕ И РАЗОБЩЕНИЕ ОКИСЛЕНИЯ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ В МИТОХОНДРИЯХ. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 13(2), 202-224. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2021-13-2-202-224
Раздел
Биологические исследования

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)