Заказать звонок

Мобильный
помощник
8 800 250 1 300 Звонок по России
бесплатный

О механизмах действия гуминовых веществ для специалистов


Рассматривая роль гуминовых веществ в биосфере, исходят из того, что эти соединения являются не случайным продуктом постмортальных превращений биомассы, а необходимым звеном в эволюции биосферы, важнейшим фактором устойчивости жизненных процессов. Механизмы взаимодействия живых клеток с полимерами нерегулярного строения типа гуминовых кислот начали формироваться на самых первых этапах возникновения живых организмов, и законченное развитие получили с появлением клеток эукариот. Позднее, в ходе предбиологической эволюции и на первых этапах биологической эволюции, возникли соединения близкие по строению к современным гуминовым кислотам океанов. Наиболее молодыми в ряду природных полимеров нерегулярного строения являются собственно гуминовые вещества, синтез современных аналогов которых протекает в континентальных экосистемах. Начало их формирования связано с появлением наземных растений, в составе которых появляются протолигнины — предшественники лигнинов современных высших растений.

Факты

Положительное биологическое действие гуминовых кислот связывают:

  • с наличием в молекулах гуминовых веществ активных центров, способных к эффективному связыванию ионов металлов, которое приводит, в случае попадания этих молекул в цитоплазму, к атаке активных центров металло-ферментов и их ингибированию;
  • с наличием в молекулах гуминовых веществ участков, несущих неспаренные электроны, что может явиться причиной реакций, приводящих к модификации компонентов клетки из-за ковалентной прививки к ним молекул гуминовых веществ;
  • с присутствием амфифильных свойств молекул гуминовых веществ, которые делают возможным межмолекулярные взаимодействия гуминовых веществ с компонентами клетки в результате образования водородных, кулоновских и гидрофобных связей.

При этом межмолекулярные взаимодействия клеточных компонентов с молекулами гуминовых веществ не нарушают клеточный метаболизм живых организмов, так как:

  • химическое строение и пространственная организация клеточных стенок позволяет эффективно связывать полимеры нерегулярного строения;
  • клеточные мембраны не пропускают высокомолекулярные полимеры нерегулярного соединения и достаточно устойчивы к природным полимерам-детергентам;
  • гетеротрофное питание осуществляется в результате эндоцитоза (нерегулярные полимеры могут захватываться либо отдельно в результате неспецифического эндоциоза, либо совместно с регулярными биополимерами — белками, нуклеиновыми кислотами и др.).

Из теории

Если говорить о механизме переноса молекул гуминовых веществ внутрь клетки, то можно предложить путь поступления гуминовых веществ в клетки, основываясь на теории переноса и внутриклеточного переваривания крупных молекул и частиц, предложенной Кристианом де Дювом (1964 г.).

Поступление и превращение молекул ГК в клетке на основе теории К. де Дюва (1964)

Этот путь переноса исключает непосредственный контакт молекул гуминовых веществ с компонентами клетки. Захват клетками крупных молекул гуминовых веществ осуществляется в результате эндоцитоза, дальнейшее их переваривание происходит в пищеварительных вакуолях, образующихся после слияния эндоцитарных пузырьков с лизосомами.

Все основные классы биополимеров, входящих в периферическую часть молекул гуминовых веществ или нековалентно захваченные ими (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды) разлагаются ферментами, содержащимися в лизосомах. Образующиеся в результате ферментативного гидролиза аминокислоты, сахара, нуклеотиды диффундируют в цитоплазму и включаются в метаболические процессы. Непереваренные остатки гуминовых веществ выводятся из клетки в ходе экзоцитоза. Именно процессом частичного внутриклеточного переваривания объясняются положительные результаты многочисленных экспериментов по обнаружению меченных гуминовых кислот внутри клетки.

Снова факты

Биологическое действие гуминовых веществ на живые организмы обусловлено тем, что интактные молекулы гуминовых веществ и остатки их внутриклеточного переваривания локализуются в клеточных стенках или в слое, непосредственно примыкающем к цитоплазматической мембране. Таким образом, на поверхности живой клетки возникает подобие активного ажурного фильтра, способного выполнять следующие функции:

  • Перехватывать ионы тяжелых металлов, связывая их в устойчивые комплексы хелатного типа.
  • Перехватывать молекулы ксенобиотиков.
  • Связывать свободные радикалы, образующиеся в плазматической мембране в результате перекисного окисления липидов.

Продукты внутриклеточного переваривания гуминовых веществ, лишенные периферических компонентов, могут выполнять эти функции даже более эффективно, чем интактные молекулы, так как исчезают стерические препятствия для контакта ионов и свободных радикалов с соответствующими активными центрами молекул гуминовых веществ.

И о почве…

Способность гуминовых кислот связывать разнообразные токсиканты хорошо известна. Однако в многочисленных исследованиях защитное действие гуминовых кислот описывается реакциями, протекающими только в растворе или на границах раздела фаз. Предполагается, что в реальных почвенных условиях клеточные стенки микроорганизмов и корней высших растений постоянно пропитаны гуминовыми веществами, и именно эти фильтры являются важным барьером на пути поступления токсикантов внутрь живой клетки.

Локализация протекторной функции 
гуминовых веществ в почве

Итог

Общим результатом описанных взаимодействий гуминовых веществ с живыми клетками является высвобождение энергии, которая вместо того, чтобы расходоваться на компенсацию неблагоприятных воздействий внешней среды, может быть затрачена клеткой на рост и размножение, что в конечном итоге приводит к усилению конкурентоспособности данного организма, как на уровне популяции, так и при межпопуляционных отношениях. Вероятно, самым интересным в биологическом действии гуминовых веществ является исследование возможности передачи гуминовых веществ или продуктов их трансформации по трофическим цепям или от родителей потомству и закрепления приобретенных под действием гуминовых веществ признаков в ДНК. Речь, в конечном итоге, идет об эволюционной необходимости гуминовых веществ в биосфере.

Демин В.В., Терентьев В.А., Завгородняя Ю.А., Бирюков М.В. Вероятный механизм действия гуминовых веществ на живые клетки. Материалы IV съезда Докучаевского общества почвоведов. Новосибирск, 9–13 августа 2004 г. — Новосибирск, Изд-во Наука-центр, 2004. — С. 494.

Антибактериальное и вирулицидное действие

Гуминовая кислота влияет на метаболизм белков и углеводов патогенных бактерий, катализируя этот процесс. Это приводит к прямому ускоренному разрушению клеток бактерий или вирусов. Еще один антибактериальный механизм связан с образованием под воздействием гуминовой кислоты ион-ионных связей высокомолекулярных фрагментов белков (токсинов) инфекционных бактерий, вследствие чего их токсический эффект на физиологические процессы может быть значительно ослаблен или полностью нейтрализован.

Заказать звонок

Мобильный
помощник
8 800 250 1 300 Звонок по России
бесплатный