Фитотоксин

Класс токсинов, обнаруженных в растениях

Фитотоксины – вещества, ядовитые или токсичные для роста растений. Фитотоксичные вещества могут возникать в результате деятельности человека, как в случае с гербицидами , или же они могут вырабатываться растениями, микроорганизмами или в результате естественных химических реакций.

Этот термин также используется для описания токсичных химических веществ, вырабатываемых самими растениями, которые действуют как защитные средства от хищников. Большинство примеров, относящихся к этому определению фитотоксина, относятся к различным классам специализированных или вторичных метаболитов, включая алкалоиды , терпены и особенно фенольные соединения , хотя не все такие соединения токсичны или служат защитным целям. ^[1] Фитотоксины также могут быть токсичными для человека. ^{[2] [3]}

Токсины, вырабатываемые растениями

Алкалоиды

Алкалоиды происходят из аминокислот и содержат азот . ^[4] Они важны с медицинской точки зрения, поскольку воздействуют на компоненты нервной системы, влияя на мембранный транспорт , синтез белка и активность ферментов . Обычно они имеют горький вкус. Алкалоиды обычно оканчиваются на -ин ( кофеин , никотин , кокаин , морфин , эфедрин ).

Терпены

Терпены состоят из водонерастворимых липидов и синтезируются из ацетил-КоА или основных промежуточных продуктов гликолиза ^[5]. Они часто заканчиваются на -ол ( ментол ) и составляют большинство эфирных масел растений.

• Монотерпены обнаружены в голосеменных растениях , собираются в смоляных протоках и могут выделяться после того, как насекомое начинает питаться, чтобы привлечь естественных врагов насекомого.
• Сесквитерпены имеют горький вкус для человека и обнаруживаются в железистых волосках или подкожных пигментах.
• Дитерпены содержатся в смоле и блокируют и сдерживают питание насекомых. Таксол , важный противораковый препарат, входит в эту группу.
• Тритерпены имитируют гормон линьки насекомых экдизон , нарушая линьку и развитие и часто приводя к летальному исходу. Обычно они содержатся в цитрусовых и производят горькое вещество, называемое лимоноидом , которое отпугивает насекомых.
• Гликозиды состоят из одного или нескольких сахаров в сочетании с несахаридным агликоном , который обычно определяет уровень токсичности . Цианогенные гликозиды содержатся во многих семенах растений, таких как вишня , яблоки и сливы . Цианогенные гликозиды производят цианид и чрезвычайно ядовиты. Карденолиды имеют горький вкус и влияют на NA+/K+-активированные АТФазы в сердце человека, они могут замедлять или усиливать частоту сердечных сокращений. Сапонины содержат жиро- и водорастворимые компоненты, обладающие моющими свойствами. Сапонины образуют комплексы со стеролами и препятствуют их усвоению.

Фенолы

Фенолы состоят из гидроксильной группы, связанной с ароматическим углеводородом . Фуранокумарин представляет собой фототоксичный фенол и нетоксичен, пока не активируется светом. Фуранокумарин блокирует транскрипцию и репарацию ДНК . Танины – еще одна группа фенольных соединений, важных при дублении кожи . Лигнины , также группа фенольных соединений, являются наиболее распространенными соединениями на Земле и помогают проводить воду в стеблях растений и заполнять пространства в клетках.

Вещества токсичные для растений

Гербициды

Гербициды обычно мешают росту растений и часто имитируют растительные гормоны.

• Ингибиторы АССазы убивают травы и ингибируют первый этап синтеза липидов, ацетил-КоА-карбоксилазу , тем самым влияя на выработку клеточных мембран в меристемах . Они не поражают двудольные растения. ^[6]
• Ингибиторы АЛС действуют на травы и двудольные растения, ингибируя первый этап синтеза некоторых аминокислот — синтез ацетолактата . Растения постепенно лишаются этих аминокислот, и в конечном итоге синтез ДНК прекращается.
• Ингибиторы ESPS действуют на травы и двудольные растения, ингибируя первый этап синтеза триптофана , фенилаланина и тирозина , фермента энолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазы.
• Ингибиторы фотосистемы II уменьшают поток электронов от воды к НАДФН ²⁺ , вызывая накопление электронов на молекулах хлорофилла и возникновение избыточного окисления . Растение в конечном итоге погибнет.
• Синтетический ауксин имитирует растительные гормоны и может влиять на мембрану растительных клеток.

Бактериальные фитотоксины

• Табтоксин продуцируется Pseudomonas syringae pv. tabaci , которые могут привести к накоплению токсичных концентраций аммиака . Накопление аммиака вызывает хлороз листьев . ^[7]
• Гликопептиды продуцируются рядом бактерий и участвуют в развитии заболеваний. [ 7 ^] Гликопептид Corynebacterium sepedonicum вызывает быстрое увядание и краевой некроз . Токсин Corynebacterium insidiosum вызывает закупорку стебля растения, препятствуя движению воды между клетками. ^[7] Амиловорин представляет собой полисахарид Erwinia amylovora , вызывающий увядание розоцветных растений. Полисахарид Xanthomonas Campestris препятствует току воды через флоэму , вызывая черную гниль капусты.
• Фазеолотоксин представляет собой модифицированный трипептид [Nδ-(N'-сульфодиаминофосфинил)-орнитилаланилгомоаргинин], продуцируемый некоторыми штаммами Pseudomonas syringae pv. Phaseolicola , Pseudomonas syringae pv. actinidiae и штамм Pseudomonas syringae pv. syringae CFBP 3388. ^{[8] [9] [10]} Фазолотоксин является обратимым ингибитором фермента орнитинкарбамоилтрансферазы (ОКТАза; EC 2.1.3.3), который катализирует образование цитруллина из орнитина и карбамоилфосфата в пути биосинтеза аргинина. Фазеолотоксин является эффективным ингибитором активности октазы из растений, млекопитающих и бактерий и вызывает фенотипическую потребность в аргинине. Кроме того, фазеолотоксин ингибирует фермент орнитиндекарбоксилазу (КФ 4.1.1.17), который участвует в биосинтезе полиаминов . ^[11]
• Ризобиотоксин, вырабатываемый Rhizobium japonicum , вызывает хлоротизацию корневых клубеньков некоторых растений сои.

Смотрите также

• Токсальбумин  – токсичные растительные белки.
• Фитотоксичность  - Токсическое воздействие соединения на рост растений.

Рекомендации

1. Рэйвен, Питер Х, Рэй Ф. Эверт, Сьюзан Э. Эйххорн: «Биология растений», страницы 27-33.
2. Ивасаки, С. (апрель 1998 г.). «Природные органические соединения, влияющие на функции микротрубочек». Якугаку Засси . 118 (4): 112–26. дои : 10.1248/yakushi1947.118.4_111 . ПМИД  9564789.
3. Бьелданес, Леонард; Сибамото, Такаюки (2009). Введение в пищевую токсикологию (2-е изд.). Берлингтон: Эльзевир. п. 124. ИСБН 9780080921532.
4. Зейгер; Таиз, Л. «Защита растений». Физиология растений . стр. 349–376.
5. Науки о растениях «Ядовитые растения». страницы 170-175. ^{[ нужна полная цитата ]}
6. Пайк, Дэвид Р., Аарон Хагер, «Как действуют гербициды» http://wed.aces.uiuc.edu/vista/pdf_pubs/herbwork.pdf ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
7. Стробел, Гэри А. 1977. Ежегодный обзор микробиологии «Бактериальные фитотоксины». 31: 205-224.
8. Бендер К.Л., Аларкон-Чайдес Ф., Гросс, округ Колумбия, 1999. Фитотоксины Pseudomonas syringae: механизм действия, регуляция и биосинтез с помощью пептидных и поликетидсинтетаз. Обзоры микробиологии и молекулярной биологии 63, 266-292
9. Tourte C, Manceau C, 1995. Штамм Pseudomonas syringae, не принадлежащий к патовару Phaseolicola, продуцирует фазолотоксин. Европейский журнал патологии растений 101, 483-490.
10. Мурильо Дж., Бардаджи Л., Наварро де ла Фуэнте Л., Фюрер М.Е., Агилера С., Альварес-Моралес А., 2011. Изменение консервации кластера биосинтеза фитотоксина фазолотоксина у Pseudomonas syringae предполагает по крайней мере два события горизонтального приобретения. Исследования в области микробиологии 162, 253-261.
11. Бахманн А.С., Матиле П., Слюсаренко А.Ю., 1998. Ингибирование активности орнитиндекарбоксилазы фазолотоксином: влияние на возникновение симптомов ореола французской фасоли. Физиологическая и молекулярная патология растений 53, 287-299.