Брассиностероиды

Брассиностероиды (брассины) – группа фитогормонов, тесно связанная с обеспечением иммунитета растений, являются стрессовыми адаптогенами и обладают ростостимулирующей активностью. Обнаружены во всех клетках растений. Искусственное синтезированные брассиностероиды используются в качестве действующих веществ регуляторов роста растений.

Общая характеристика

Брассиностероиды – единственные растительные гормоны стероидной природы. В растительных объектах их концентрация составляет 10-5–10-12. Они присутствуют в пыльце, листьях, стеблях, незрелых семенах, галлах. Больше всего содержится в незрелых семенах и пыльце. В молодых тканях их больше, чем в старых. Брассиностероиды выделены не только из покрытосеменных и голосеменных растений, но и из папоротников, зеленых водорослей и мхов[7].

Благодаря наличию в структурной формуле большого количества гидроксильных групп, обладают ярко выраженными гидрофильными свойствами, подвижны, активно участвуют в обменных процессах растений, вызывая физиологический ответ[6].

Это новый уникальный класс растительных гормонов, характеризующихся структурным родством со стероидными гормонами животных и насекомых. Они являются влияют на активность путей метаболизма, способствуют регулированию деления клетки, стимулируют вегетативный рост и прорастание семян, взаимодействуют на эндогенном уровне с другими группами гормонов, регулируют экспрессию генов и обладают антистрессовой активностью[3].

Основные представители брассиностероидов: эпибрассинолид, брассинолид, кастастерон, холестан, эргостан, стигмастан[5].

Самый активный и распространенный – брассинолид. Брассинолид по структуре сходен со стероидными гормонами животных – тестостероном и экдизоном. Часто и в больших количествах встречается кастастерон. Его активность в стандартных биотестах – около 20% активности брассинолида[5].

Химическое строение

Брассинолид и кастастерон – важнейшие представители брассиностероидов.

Брассинолид в стероидном скелете имеет семичленный цикл с карбонильной группой C=Oи эфирную связь С-О-С. Для кастастерона характерно наличие шестичленного цикла с карбонильной группой[6].

Структура брассинолида имеет уникальную для класса стероидов лактонную структуру цикла В, характеризуется наличием транс-AB-сочленения, наличием боковой цепи с 22R, 23R- диольной группировкой, а также б-цис-диольной группировкой в цикле А[6].

Другие представители брассиностероидов, выделенные из растительных источников отличаются друг от друга структурой и уровнем биологической активности. Особенностью их химического строения является наличие 2, 3- и 22R, 23R-диольных группировок, транс-сочленения циклов А и В, а также 6-кетогруппы или лактонной функции в цикле В[6].

Отдельные соединения не содержат перечисленных ранее группировок и являются, скорее всего, биосинтетическими предшественниками соответствующих брасинонов с полным набором функций. Выделены соединения с дополнительной ментальной группой при С25[6].

Молекулы известных брассиностероидов могут различаться:

  • по типу цикла В: лактоны, кетоны, В-нефункциализированные производные;
  • по числу атомов углерода, относясь к 27С-, 28С – или 29С-ряду;
  • по характеру замещений в цикле А-2б, 3б-диоксипроизводные, их

эпимеры и 2-дезоксипроизводные[6].

Для большинства брассинов характерен тот же набор заместителей в стероидном скелете и боковой цепи, что и у брассинолида[6].

Две большие группы образованы лактонами и 6-кетонопроизводными. 6-дезоксобрассиностероиды представлены только тремя соединениями[6].

Физиологическое действие и транспорт

Физиологическое действиебрассиностероидов полифункционально и близко к действию других групп гормонов:

  • как ауксины, брассиностероиды стимулируют растяжение клеток;
  • как гиббереллины – усиливают ростовые процессы целого растения;
  • как цитокинины – стимулируют рост изолированных семядолей огурца;
  • как этилен – ускоряют созревание плодов[2].

Брассиностероидыспособны контролировать действие других групп гормонов:

ауксинов, гиббереллинов, абсцизовой кислоты этилена[2].

Специфическое физиологическое действие брассиностероидов:

  • регуляция роста семяпочки – попадая с пыльцой в семяпочку, брассиностероиды стимулируют ее развитие и образование семян;
  • стимуляция устойчивости растений к грибковым заболеваниям и другим стрессам (низким и высоким температурам, дефициту влаги в почве и воздухе и прочее) – это связано с повышением образования стрессовых белков, фитоалексинов и прочих компонентов системы фитоиммунитета[2].

Брассиностероиды и ауксины обладают сходным ростостимулирующим действием. Между этими двумя группами гормонов отмечается сильный эффект синергизма. Разница в воздействии проявляется в том, что брассиностероиды подавляют образование придаточных корней, а не пробуждения пазушных почек, как ауксины[2].

Как указывалось, ранее, реакция растений на брассиностероиды в ряде симптомов повторяет реакцию на этилен. Например, так же происходит набухание и искривление междоузлий[2].

Брассиностероид, как гиббереллины стимулируют рост растений в длину. При совместном применении брассиностероидов и гиббереллинов действие оказывается аддитивным. Однако в присутствии брассиностероидов рост растения в целом или его отдельных изолированных органов не подавляется ретардантами[2].

Транспорт экзогенных и эндогенных брасиностероидов происходит по проводящей системе растений с током пасоки и ассимилянтов и по межклеточному пространству[2].

Синтез брассиностероидов

Низкое содержание брассиностероидов в растительных клетках с одновременной возрастающей практической потребностью этой группы соединений, привело к необходимости разработки схем синтеза брассиностероидов из других групп природных стероидов. К настоящему времени разработано несколько схем частичного синтеза. Полный синтез на сегодняшний день представляет чисто теоретический интерес, поскольку связан с необходимостью формирования сложных стереохимических систем. На сегодняшний день и частичный синтез представляет сложную задачу, особенно при формировании боковой полифункциональной цепи[4].

Отмечается, что полученные синтетическим методом брассиностероиды (брассинолид, эпибрассинолида, гомобрассинолида и другие) полностью идентичны с веществами, вырабатываемыми в растениях[4].

Схема синтеза брассиностероидов состоит из двух частей (условно):

  1. Формирование характерных элементов структуры в тетрациклическом ядре[4].
  2. Построение боковой цепи молекулы[4].

В качестве исходных соединений обычно используют доступные природные стерины, содержащие в боковой цепи Δ22 –связь. Это стигмастерин и эргостерин. Доступные, но не содержащие такой связи холестерин и β-ситостерин позволяют получить только аналоги брассиностероидов с нефункционализированной боковой цепью, обладающие чаще всего низкой активностью[4].

В последнее время наиболее коммерчески доступны, благодаря разработке эффективных методов выделения, 22-дегидрокампестерина и брассикастерина[4].

В качестве исходных соединений для синтеза данной группы используют производные холиевых кислот, в частности гиодезоксихолевой кислоты и стероидов прегнанового ряда, например, прегненолона. Последний применяется в медицинской промышленности[4].

В зависимости от исходных соединений и целевых продуктов все синтетические схемы получения брассиностероидов делят на две группы:

  1. Синтезы с сохранением нативного углеродного скелета исходной молекулы[4].
  2. Синтезы с образованием углерод-углеродных связей в боковой цепи[4].

Синтезы первой группы более просты и экономичны, поскольку не требуют изменения углеродного скелета. Однако возможности такого подхода ограничены, поскольку стероиды, имеющие требуемый углеродный скелет и функциональность часто труднодоступны[4].

Например, доступность эргостерина и стигмастерина определяет использование для синтеза эпибрассинолида и гомобрассинолида соответственно метода функциализации исходных молекул без разрыва старых и образования новых углеродных связей[4].

Ограниченная доступность 22-дегидрокампестерина, обладающего соответствующим углеродным скелетом для синтеза брассинолида, заставляет выбирать вторую группу реакций – превращение стигмастерина в 22-альдегид путем расщепления связей С22 – С23 и последующее введение фрагмента С23 – С28 или С24 – С28 (в случае исходных преганнового ряда и С23-стероидов соответственно)[4].

Брассиностероиды, относящиеся к ряду 6-кетостероидов с ненасыщенной боковой цепью обычно являются непосредственными синтетическими предшественниками соответствующих лактонов, поскольку окисление по Байеру-Виллигеру хорошо проводится после завершения формирования всех прочих структурных фрагментов молекулы. Исключение – Δ24(28)-брассиностероиды. У этих соединений лактонизация осуществляется до построения ненасыщенной боковой цепи на одном из ранних этапов синтеза. Однако получение стероидов этой группы, в частности долихостерона и гомодолихостерона отличается от синтеза соответствующих 7-оксапроизводных только отсутствием стадии лактонизации. По аналогичной схеме получают 24 (28) насыщенные брассиностероиды[4].

Синтез 6-дезоксобрассиностеройдов обязательно включает стадию получения 6-кетопроизводных. Карбонильную функцию в молекуле в данном случае удаляют гидрогенолизом на заключительном этапе синтеза (в случае насыщенных БС) или на стадии, предшествующей введению ненасыщенной боковой цепи (в случае Δ24(28)-брассиностероидов)[4].

Брасссиностероиды:

  • 24-эпибрассинолид
  • 28-гомобрассинолид
  • Долихолид
  • Брассинон

Применение

Брассиностероиды нашли широкое применение в сфере защиты растений. На сегодняшний день разрешено к применению несколько препаратов – регуляторов роста растений с действующими веществами, относящимися к брассиностероидам:

  • «Витазим, ВР», «Эпин-Экстра, Р», «КомКат, ВРП» – действующее вещество 24-эпибрассинолид;
  • «Эпивио Вигор, Ж» – действующие вещества 28-гомобрассинолид, долихолид, брассинон[1].

История

Точка зрения, согласно которой, растения отличаются от животных отсутствием стероидных гормонов потерпела крах только к 60–70 годам XXвека. Многочисленные данные накопленные к этому времени свидетельствовали о присутствии в растениях веществ, обладающих регуляторным действием[2].

Предпринимались многочисленные попытки выделить эти вещества, но они долго оставались практически безуспешными из-за чрезвычайно низкого содержания таких веществ в растениях[2].

Японский ученый из экстракта свежих листьев Distyliumracemosum выделил и частично охарактеризовал активные компоненты по ростостимулирующему действию превосходящие ауксины. Этот компонент был назван дистиллиевым фактором. Однако идентификация компонента не была проведена из-за недостаточного количества полученного в процессе эксперимента (менее 1г)[2].

В 1970 году Дж. Митчелл методом тонкослойной хроматографии экстракта из пыльцы рапса и ольхи выделил маслообразную фракцию. При нанесении на растения она стимулировала рост фасоли, но действие ее отличалось от гормонов группы гибберелины. Был проведен тщательный хромотографический и спектральный анализ фракции, показавший, что она включает несколько компонентов. Было предположено, что эти вещества составляют новую группу фитогормонов, названных брассинами от латинского названия рода рапс – Brássica. Позднее было доказано, что вещества с подобной активностью содержаться и во всех других растениях[2].

Выделить один из гормона группы брассиностероидов в чистом виде удалось в 1979 году М.Д. Грови. Из 40 кг пыльцы рапса, собранного пчелами, было получено 4 мг кристаллического вещества, названного брассинолидом. Позднее из растительных источников были выделены и другие представители брассиностероидов[2]. В 2009 году количество выделенных и исследованных соединений равнялось 70[7].

 

Оставьте свой отзыв:

Отзывы:

Комментарии для сайта Cackle

Составитель:

 

Страница внесена:

Последнее обновление: 28.02.23 17:42

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:
1.

Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации, 2022 год. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации (Минсельхоз России)

2.

Гущина В.А., Володькин А.А. Биопрепараты и регуляторы роста в ресурсосберегающем земледелии, Учебное пособие. — Пенза: РИО ПГСХА, 2016. — 206 с.

3.

Князева Т.В. Регуляторы роста растений в Краснодарском крае: монография / Т.В. Князева. – Краснодар: ЭДВИ, 2013 – 128 с

4.

Лахвич Φ. Α., Хрипач Μ. Α., Жабинский В. И. Синтез брассиностероидов – нового класса гормонов растений, Успехи химии, том 60, вып 6, 1991 г – стр 1283 – 1317

5.

Медведев С. С. Физиология растений: учебник. — СПб.: БХВ-Петербург, 2012. — 512 с.: ил. — (Учебная литература для вузов)

6.

Хрипач В.А. Перспективы практического применения брассиностероидов - нового класса фитогормонов / Сельскохозяйственная биология. – 1995. – № 1. С. 3 -11.

7.

Bajguz A., Hayat S. Effects of brassinosteroids on the plant responses to environmental stresses // Plant physiology and biochemistry. 2009.47(1) Р. 1-8.

Свернуть Список всех источников