Информационный материал по курсу вуза «Биотехнология»

2. Biologik antifrizlar. Ba'zi o'simliklarning hujayralarida muz kristallarining nukleatsiyasi va o'sishini inhibe qiluvchi yuqori molekulyar birikmalar sintezlanadi. Ushbu birikmalar biologik antifrizlar deb ataladi. Ular hujayradan tashqari muz hosil bo'lishining oldini oladi, ayniqsa 202 hujayralari maksimal suv miqdorini saqlab turishi va o'ta sovutilgan holatda (buyraklar va meristemalar) bo'lishi kerak bo'lgan organlar va to'qimalarda. Protein, glikoprotein va polisakkarid tabiatining antifrizlari ma'lum.
Shunday qilib, antifrizlar yordamida muz kristallarining o'sishini blokirovka qilish mumkin.
3. Shakar va boshqa mos keladigan osmolitlarning to'planishi. Hujayradan tashqari muz hosil bo'lishi va bir vaqtning o'zida suvsizlanish paytida hujayralardagi suv tarkibining pasayishi sitoplazmadagi ionlar kontsentratsiyasining oshishi biopolimerlarning tuzilishi va funktsiyalarida turli xil buzilishlarni keltirib chiqaradi, xususan, oqsillarning denaturatsiyasi sodir bo'ladi va ularning fermentativ faolligi bostiriladi, membranalarning lipid ikki qavatining tuzilishi o'zgaradi va ularning yaxlitligi buziladi. Membranalardagi halokatli o'zgarishlar, o'z navbatida, moddalarning hujayra ichidagi bo'linishining buzilishiga olib keladi.
Sovuq suvsizlanish paytida hujayralardagi osmotik bosimni tartibga solish asosan osmolitlar deb ataladigan izomolekulyar organik birikmalarning biosintezi orqali amalga oshiriladi. Ular suvda yaxshi eriydi, toksik emas, metabolizmda o'zgarishlarga olib kelmaydi, shuning uchun ular ikkinchi nomga ega — mos moddalar. Bular mono-va oligosakkaridlar, ko'p atomli spirtlar, aminokislotalar, betainlar, aminlar va oqsillar bo'lishi mumkin. Osmoregulyatsiya bilan bir qatorda, bu moddalar suvsizlanishda yana bir muhim funktsiyani bajaradi. Uni sitoplazma biopolimerlariga nisbatan himoya (himoya) deb ta'riflash mumkin. Osmolitlarning ikki tomonlama rolini ta'kidlab, ular ko'pincha krioprotektorlar deb ataladi (yunon. kryos-sovuq va lat. himoyachi-homiy, himoyachi).
Eng mashhurlari dimetil sulfoksid (DMSO), turli xil shakar, glitserin, etilen glikol, prolin kabi kriyoprotektorlar. Ularning barchasi ikki guruhga bo'linadi — penetratsion va hujayralarga kirmaydigan, ammo bu bo'linish juda shartli. Shunday qilib, glitserin xona haroratida hujayraga kirishi yoki 0 °C da qo'shilsa, penetratsion bo'lmagan birikma sifatida harakat qilishi mumkin.
Past haroratlarda hujayralarda sintez qilingan kriyoprotektorlar muz kristallarining o'sishini oldini oladi yoki keskin sekinlashtiradi. Eritmaning konsentratsiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, uning muzlash nuqtasi shunchalik past bo'ladi. Masalan, hujayrada eriydigan shakar to'planganda, birinchidan, sitoplazmaning suv potentsiali pasayadi va uning "muzlash nuqtasi" pasayadi, bu hujayra ichidagi muz hosil bo'lishiga to'sqinlik qiladi; ikkinchidan, shakar hujayra sharbatining osmotik kontsentratsiyasini oshiradi, hujayralarning suvni ushlab turish kuchini oshirishga yordam beradi va shu bilan hujayradan tashqari muz hosil bo'lganda ularni suvsizlanishdan himoya qiladi; uchinchidan, shakar oqsillarni dehidratatsiya paytida makromolekulalarning yaqinlashishi, shuningdek toksik moddalar kontsentratsiyasining oshishi natijasida yuzaga keladigan denaturatsiyadan himoya qiladi.
Shunday qilib, kriyoprotektiv ta'sirga ega bo'lgan gidrofil oqsillar, mono - va oligos-xaridlar katta miqdordagi suvni bog'lashga qodir. Shu tarzda bog'langan suv endi muzlamaydi va tashilmaydi. Kriyoprotektiv ta'sirga ega bo'lgan oqsillar va uglevodlar hujayralarni suvsizlantirishda boshqa oqsillar va hujayra membranalarini barqarorlashtirishga qodir deb ishoniladi.
4. Membrana lipidlari tarkibi va membrana suyuqligining o'zgarishi. Hujayralarning suvsizlanishi membrana lipidlarining strukturaviy holatiga bevosita ta'sir qiladi. Membranalar odatda hujayra suvining 30-50% gacha bog'lanadi. Oqsillar va fosfolipidlarning zaryadlangan va qutbli guruhlari bilan o'zaro ta'sir qilish orqali suv membrana tuzilishini barqarorlashtiradi. Past haroratning hujayralarga zararli ta'sirining asosiy sababi hujayra membranalarining fazaviy o'tishlar bilan bog'liq qattiqlashishi tufayli ishlamay qolishi hisoblanadi, chunki etarlicha past haroratlarda lipid ikki qatlamlari qattiq moddalar kabi harakat qiladi. Faza o'tishidan yuqori haroratlarda ikki qatlamning tuzilishi saqlanib qoladi, yog ' kislotalari "eriydi", natijada molekulalarning aylanishi va burilishi past haroratga qaraganda osonroq bo'ladi.
Past haroratlarga turli xil reaktsiyalar, birinchi navbatda, membrana fosfolipidlarini tashkil etuvchi yog ' kislotalari tarkibidagi farqlar bilan belgilanadi. 204 fosfolipidlarda to'yingan yog ' kislotalari (palmitik va stearik kabi) ko'p bo'lsa, bunday membranalar fazaga o'tishning yuqori harorati bilan ajralib turadi. Shu bilan birga, ular kamroq suyuqlikka aylanadi, bu ko'plab oqsillarning ishlashini buzadi: kanallar, tashuvchilar, retseptorlar, fermentlar va boshqalar.membranalar tarkibidagi to'yinmagan yog ' kislotalari (masalan, linolenik va linoleik) miqdorining ko'payishi membrana lipidlarining fazali o'tish haroratining pasayishiga olib keladi va natijada bunday membranalarning suyuqligi oshadi.
Kuchli suvsizlanish lipidlar va membrana oqsillari o'rtasidagi aloqaning buzilishiga olib kelishi mumkin. Hujayradan tashqari muz hosil bo'lganda, membranalarda oqsillar bo'lmagan joylar paydo bo'ladi.
Shunday qilib, o'simlik hujayralari krioparaziyasining asosiy maqsadi plazmalemma hisoblanadi. Muzlatish bardoshliligining oshishi uning xususiyatlarining o'zgarishi, shu jumladan lipid tarkibi va ularning to'yinganligi bilan bog'liq.
5. Abscisic kislota. O'simlik hujayralarining past haroratga moslashuvida muhim rol FITOHORMON aba (abscisic kislota) ga tegishli. Aba o'simliklarda turli xil salbiy ta'sirlarda (suv tanqisligi, tuz kontsentratsiyasining oshishi, past harorat va boshqalar) to'planishi aniqlandi. Aba o'simliklarning stressga moslashuvida muhim rol o'ynaganligi sababli, bu birikma stress gormoni deb ataladi.
Turli xil tizimli guruhlarning ko'plab o'simliklarida past haroratlarda aba ning hujayra ichidagi kontsentratsiyasining oshishi ko'rsatilgan va har xil turlarda o'sish darajasi har xil bo'lgan.
Suvsizlanish o'simlik to'qimalarida gormon kontsentratsiyasining sezilarli darajada oshishi va ulardagi yangi oqsillarning sintezi bilan birga keladi. Past haroratda yoki suv tanqisligida ifodalangan ko'plab genlar va oqsillarning faolligi aba bilan davolash natijasida yuzaga kelishi mumkin. Shunday qilib, past haroratda to'qimalarda aba to'planishi bir qator genlarning ifodalanishiga va kriyoprotektiv oqsillarning paydo bo'lishiga olib keladi.
6. Oksidlanish stressi. Past haroratlarda xloroplastlar, mitoxondriyalar, peroksisomalar va apoplastlarda ros (reaktiv kislorod turlari) ning intensiv shakllanishi kuzatiladi. Hujayralarga uzoq vaqt sovuq ta'sir qilish bilan ros darajasi ko'plab bo'limlarda ko'tariladi, peroksid hujayrada to'planadi va oksidlovchi stress rivojlanadi.
Hujayralarning past harorat ta'siriga chidamliligining muhim omili kuchli antioksidant tizimning ishlashidir. Ushbu oksidlanishga qarshi tizim yuqori molekulyar og'irlikdagi (fermentlar — superoksid dismutaza, katalaza, peroksidaza, glutation-reduktaza), shuningdek past molekulyar og'irlikdagi (askorbat, tokoferol, glutation, fenolik birikmalar) antioksidantlarni o'z ichiga oladi. Past haroratli stress bilan antioksidant fermentlarning faolligi sezilarli darajada oshadi va past molekulyar og'irlikdagi antioksidantlarning tarkibi ham oshadi. Bularning barchasi past harorat ta'sirida hujayra shikastlanishini kamaytirishga yordam beradi.