Виявили, що імідазолу і його похідних здатні пригнічувати схожість і ріст коренів Allium cepa, їх токсичність корелювала з величинами молекулярної маси, об'єму і сумарного дипольного моменту імідазолідов. З'єднання інгібували проліферативну активність і індукувати хромосомні аберації в клітинах кореневої меристеми. виявили негативну кореляцію між цитогенетичної активністю і величинами молекулярної маси, об'єму і сумарного дипольного моменту.

Анотація наукової статті з біологічних наук, автор наукової роботи - Селезньова Е. З.


ON THE ANALYSIS OF IMIDAZOLE AND ITS DERIVATES EFFECT ON ALLIUM CEPA

It was shown that imidazole and its derivates able to inhibit the germination and roots growth of Allium cepa. Their toxicity correlated with their molecular weight, volume and total dipole moment. The substances inhibited the proliferative activity and induced the chromosome aberrations in root meristems. The negative correlation connected the cytogenetic activity and parameters of molecular mass, volume and total dipole moments.


Область наук:

  • біологічні науки

  • Рік видавництва: 2009


    Журнал: Известия Самарського наукового центру Російської академії наук


    Наукова стаття на тему 'Аналіз впливу імідазолу і його похідних на Allium cepa'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз впливу імідазолу і його похідних на Allium cepa»

    ?УДК 575.224.46.044

    АНАЛІЗ ВПЛИВУ імідазолу І ЙОГО ПОХІДНИХ

    НА ALLIUM CEPA

    © 2009 Е.С. Селезньова

    Самарський державний університет, м Самара

    надійшла 31.01.2009

    Виявили, що імідазолу і його похідних здатні пригнічувати схожість і ріст коренів Allium cepa, їх токсичність корелювала з величинами молекулярної маси, об'єму і сумарного дипольного моменту імідазолідов. З'єднання інгібували проліферативну активність і індукувати хромосомні аберації в клітинах кореневої меристеми. Виявили негативну кореляцію між цитогенетичної активністю і величинами молекулярної маси, об'єму і сумарного дипольного моменту. Ключові слова: Allium cepa, імідазоліди, цитотоксичність і мутагенність, кореляція, фізико-хімічні параметри речовин

    Основною відмінністю стратегії виживання рослин є їх нездатність активно уникати місць з некомфортними умовами життя, наприклад місць, де присутні різного роду ксенобіотики. Природний відбір сприяв розвитку адаптаційних механізмів як фізіологічних, так і генетичних, що дозволяють рослинам жити і розмножуватися там, де впали їх насіння. Генетичні адаптації виражаються в появі мутантів або резистентних до ксенобіотиків, або потребують ксенобіотики, які успішно включилися в метаболізм рослин.

    У більшості випадків біологічний ефект дії залежить від швидкості проникнення речовин в клітку, остання визначається будовою сполуки, його здатністю розчинятися в ли-підах мембран або взаємодіяти з рецепторами на поверхні мембран. Незважаючи на численні дослідження досі не ясна зв'язок між будовою сполуки, його фізико-хімічними властивостями і біологічними ефектами їх дії.

    Ми проаналізували здатність імідазолу і його похідних, що відрізняються наявністю різних функціональних груп впливати на деякі фізіологічні процеси у рослин і індукувати різні хромосомні аберації.

    МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ

    Досліджували біологічну активність імідазолу і його метильних і сульфурільних похідних, структурні формули яких представлені на рис. 1.

    Насіння Allium cepa, рекомендованого ВООЗ в якості тест-об'єкта для аналізу мутагенності ксенобіотиків [5], протягом 5 діб пророщували термостаті при температурі + 22 ° С в чашках Петрі, що містили водні розчини досліджуваних з-

    Селезньова Катерина Сергіївна, кандидат біологічних наук, доцент кафедри зоології, генетики та загальної екології. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    єднань в концентрації 0,001 мг / мл (яка не викликала плазмоліз в клітинах епідермісу цибулі протягом 30 хвилин).

    Шляхом підрахунку пророслого насіння визначали вплив сполук на схожість, крім того досліджували вплив речовин на ріст коренів шляхом підрахунку довжини коренів проростків.

    За стандартною методикою готували давлені і пофарбовані ацетокарміном препарати меристеми коренів. З метою встановлення митотического індексу підраховували число клітин, які діляться на різних стадіях мітозу. Для підрахунку митотического індексу аналізували 1000 клітин для кожного досвіду, для оцінки здатності індукувати хромосомні аберації аналізували 900 ана-телофаза [2].

    Достовірність відмінностей між дією сполук оцінювали за допомогою повного двухфак-торного дисперсійного аналізу. Для виявлення зв'язків між фізико-хімічними параметрами з'єднань, їх токсичністю і мутагенністю був застосований кореляційний аналіз [4].

    РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ

    Загальну токсичність оцінювали за здатністю пригнічувати проростання насіння і ріст коренів. Результати досліджень підсумовані на рис.2.

    Проведений повний двохфакторну дисперсійний аналіз показав, що всі з'єднання достовірно (для р<0,05) відрізняються за токсичністю. Мінімальну токсичність проявив чистий іміди-зол, а максимальну токсичність N імідазолідбензолсульфокіслоти (1ш802РЬе).

    Кореляційний аналіз виявив позитивну кореляцію між способностьюімідазолі-дов пригнічувати схожість і такими фізико-хімічними параметрами як молекулярна маса (гм.м = 0,72) і молекулярний об'єм (гм.о = 0,69). Ці ж фізико-хімічні параметри високо негативно корелювали зі здатністю сполук впливати на ріст коренів (гмм = -0,83; гм.о. = -0,83), крім того виявили негативну кореляцію з величиною сумарного дипольного моменту (ГДМ. =

    -0,62). Таким чином, чим вище молекулярний більш токсична. обсяг і молекулярна маса сполуки, тим воно

    про г, - N Про XN

    1 3 1

    1 H CH3 1 H

    Імідазол (Im) N-метілімідазол (NmeIm) C-метілімідазол (CmeIm)

    г, -N Про г, -N Про r, - N Про

    N 1 N N

    1 O ^ O CH3 ГЧ |з-S ч rSO

    N-імідазолід метансульф окіслоти (ImSO2CH3) N-імідазолід бензолсульфокислоти (ImSO2Phe) CH3 N-імідазолід толуолсульфокіслоти (ImSO2Tol)

    Рис.1. Структурні формули і назви досліджуваних імідазолідов

    ImSO2Tol ШШШ

    60

    ImSO2Phe | Щ ImSO2CH3

    36

    Шдліна коренів І схожість (% "

    IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIH20

    55

    CmeIm i! IillW ^ 58 ШШШШЩШГОЗ

    NmeIm Im

    контроль

    73

    »IJIJIJIJIJIJIJIJIJIJIJIJIJIJimnD34

    86

    Мал. 2. Вплив імідазолідов на схожість насіння та ріст коренів Allium cepa

    Визначальним фактором росту коренів являє- чину митотического індексу. Аналіз отриманих ся проліферативна активність кореневої мерісте- результатів (див. Рис. 3) показав, що все імідазо-ми, тому наступним етапом нашого дослід ліди в тій чи іншій мірі пригнічують проливання був аналіз впливу імідазолідов на вели- фератівную активність, проте максимальної ци-

    тотоксічностью мав С-метілімідазол (Сше1ш).

    Фази мітозу в клітинах кореневої меристеми характеризувалися різною чутливістю до дії імідазолідов см. Рис. 4.

    Як видно з представлених результатів ними-дазол К імідазолідметансульфокіслоти і N метілімідазол (Кше1т) викликають блок на стадії метафази, аналог останнього - С-метілімідазол викликав блок на стадії анафази. Сульфурільние похідні (1ш802РЬе, 1ш802То1), що містять бензольне кільце зупиняли клітинний розподіл на стадії профази.

    ImSO2Tol ImSO2Phe ImSO2CH3 CmeIm NmeIm Im

    контроль

    Ян ІМІ

    Здн

    m

    0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 величина мітотичного індексу (МІ) в проміле

    Мал. 3. Вплив імідазолу і його похідних на величину митотического індексу

    На думку Алова [1], блокування на стадії профази говорить про втручання з'єднань в метаболізм нуклеїнових кислот, а зупинка клітинного ділення на стадії метафази - про втручання в метаболізм апарату, що здійснює розбіжність хромосом до полюсів. Блок на стадії анафази говорить про пошкодження хромосомного апарату, що виражається у великій кількості мостів.

    Тому наступним етапом нашого дослідження аналіз мутагенності з'єднань. Результати дослідження підсумовані на рис.5. Максимальної мутагенністю володіли С-метілімідазол і N-імідазолід метансульфокіслоти (ImSO2CH3), мінімальної - N-

    імідазолідбензолсульфокіслоти (ImSO2Phe).

    Ми виявили, чим менше величина мітотіче-ського індексу в кореневій меристемі Allium cepa, оброблених досліджуваними сполуками, тим вище число аберантних ана-телофаза (r = -0,68).

    Кореляційний аналіз показав, що величина мітотичного індексу слабо позитивно корелює з молекулярної масою сполуки (r = 0,5), а мутагенность негативно - з молекулярної масою, молекулярним об'ємом (r = -0,6) і з величиною сумарного дипольного моменту (r = -0,7) досліджуваних ксенобіотиків.

    NmeIm CmeIm ImSO2CH3 ImSO2Phe ImSO2Tol

    Мал. 4. Вплив імідазолідов на відносну тривалість фаз мітозу кореневої меристеме Allium cepa.

    : Xxxxx'xxxxxxxxxx)? H

    контроль

    0123456789 10 11 число хромосомних аберацій в%

    Мал. 5. Здатність імідазолідов індукувати хромосомні аберації в клітинах кореневої меристеми Allium cepa.

    Чи не виявлена ​​нами кореляція між досліджуваними біологічними активностями та ліпо-фільностью є, на нашу думку, непрямим доказом того, що з'єднання проникають в клітку через спеціальні мембранні рецептори, і чим сильніше з'єднання відрізняється від імідазолу тим воно слабкіше впливало на величину митотического індексу.

    Отримані нами результати добре узгоджуються з дослідженнями деяких авторів.

    Відомо, що в регуляції клітинного ділення особлива роль належить цитокининам - поліфункціональним гормонів, що впливають на найрізноманітніші фізіологічні процеси [3]. Відкрито мембранні рецептори цітокі-Нінов [8]. Ці рецептори здатні сприймати екзогенні по відношенню до клітки цитокініни. Мабуть, мембранні рецептори мають слабку вибірковість, що дає можливість з'єднанням, які мають аналогічну цитокининам активну групу, яка використовується рецепторами для пізнавання (як ми припускаємо імідазол), проникати всередину клітин впливаючи на метаболізм цитокінів-нів. На користь цього припущення свідчить робота Chatfield і Armstrong [7] показали, що екзогенні імідазол і мідь-імідазольного кому-

    комплекси здатні підвищувати швидкість реакції, що каталізується цітокініноксідазой, ферменту здійснює катаболізм цитокінінів [6].

    На підставі проведених нами досліджень можна припустити, що аналізовані нами імідазоліди, проникаючи всередину клітин, впливали на метаболізм цитокінінів, здійснюваний цито-кініноксідазой, і чим більше імідазоліди відрізнялися від імідазолу, тим важче вони проникали всередину клітин кореневої меристеми і менше втручалися в процеси регуляції поділу клітин.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Алов И.А. Цитофізіології і патологія мітозу. М .: Ме-

    діціна. 1972. 183с.

    2. Гостімскій С.А., Дьяков М.І., Івановська О.В., ченці-

    ва М.А. Практикум з цитогенетики. М .: МГУ. 1974 275 з.

    3. Кулаева О.Н., Кузнецов В.В. Новітні досягнення і

    перспективи в галузі вивчення цитокінінів // Фізіологія рослин, 2002 Т.49, №4, С.1-15.

    4. Лакіна Г.Ф. Біометрія. М .: Вища школа. 1990. 352с

    5. Керівництво по короткострокових тестів для виявлення мутагенних і канцерогенних хімічних речовин / Генетичні оцінки стану навколишнього среди.51. ВООЗ. Женева. М .: Медицина. 1989. 212с.

    6. Симонян М.В., Веселе С.Ю. Цітокініноксідаза: БіоХім-

    мические властивості, механізми регуляції активності та фізіологічне значення // імуноаналізу регуляторів росту вирішенні проблем фізіології рослин, рослинництва і біотехнології, Матеріали III конференції, Уфа, 2000.-294 с

    7. Chatfield J.M., Armstrong D.J. Cytokinin Oxidase from Phaseolus vulgaris Callus Tissues: Enhanced in Vitro Activity of the Enzyme I the Presence of Copper-Imidazole Complexes // Plant Physiol. 1987. V.84, P.726-731.

    8. Inoue T., Higuchi M., Hashimoto Y., Sekl M., Kobayashi M.,

    Kato T., Tabata S., Shinozaki K., Kakimoto T. Identification of CRE1 as a Cytokinin Receptor from Arabidjpsis // Nature? 2001? V. 409, P.1060-1063

    ON THE ANALYSIS OF IMIDAZOLE AND ITS DERIVATES EFFECT ON ALLIUM CEPA

    © 2009 E.S. Selesneva

    Samara State University

    It was shown that imidazole and its derivates able to inhibit the germination and roots growth of Allium cepa. Their toxicity correlated with their molecular weight, volume and total dipole moment. The substances inhibited the proliferative activity and induced the chromosome aberrations in root meristems. The negative correlation connected the cytogenetic activity and parameters of molecular mass, volume and total dipole moments. Key words: Allium cepa, imidazole, cytotoxicity, mutagenic activeness, correlation, phyzico-chemical parameters

    Selezneva Elena Sergeevna, Candidate of Biology, senior lecturer of department zoology, genetics and ecology. E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..


    Ключові слова: ІМІДАЗОЛІДИ /Цитотоксичності і мутагенних /КОРЕЛЯЦІЯ /Физикохимических ПАРАМЕТРИ РЕЧОВИН /ALLIUM CEPA /IMIDAZOLE /CYTOTOXICITY /MUTAGENIC ACTIVENESS /CORRELATION /PHYZICO-CHEMICAL PARAMETERS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити