INDOLETIĶSKĀBE: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, RAŽOŠANA, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Indoleacetic skābe ir organisks savienojums ar ar molekulāro formulu C ₈ H ₆ NCH ₂ COOH. Tā ir monokarbonskābe, kurai ir svarīga loma kā augu augšanas hormonam, tāpēc tā pieder pie fitohormonu grupas, ko sauc par auksīniem.

To sauc arī par 3-indoleetiķskābi un indol-3-etiķskābi. Tas ir vissvarīgākais auksīns augos. To ražo tajās daļās, kur ir augšana, piemēram, dzinumos, jaunās augošās lapās un reproduktīvajos orgānos.

Indoleetiķskābe atrodas augošos dzinumos. Autors: Julio César García. Avots: Pixabay.

Papildus augiem, daži mikroorganismi to arī biosintē, īpaši tos, kurus sauc par “augšanas veicinātājiem”. Parasti šie mikrobi ir sastopami rizosfērā vai apgabalā, kas atrodas blakus augu saknēm, sekmējot to augšanu un sazarošanos.

Indoleetiķskābes biosintēze notiek vairākos veidos, it īpaši triptofānā, aminoskābē, kas atrodas augos.

Cilvēkiem ar hronisku nieru slimību augsts indoletiķskābes līmenis var izraisīt sirds un asinsvadu sistēmas bojājumus un demenci. Tiek pētīti dažādi indoleetiķskābi ražojošo sēņu un baktēriju izmantošanas veidi, lai videi draudzīgā veidā veicinātu augu kultūras.

Uzbūve

Indoleacetic skābe ir benzola gredzens tās molekulārās struktūras un kas ir pievienots tā ir pirola gredzens 3. pozīcijā, no kuriem -CH ₂ COOH ir pievienota grupa .

3-indoleetiķskābes molekulas uzbūve. Nav sniegts neviens mašīnlasāms autors. Ayacop pieņemts (pamatojoties uz autortiesību pretenzijām). . Avots: Wikipedia Commons.

Nomenklatūra

- Indoleetiķskābe

- Indola-3-etiķskābe

- 3-indoleetiķskābe

- Indolaetiķskābe

- Skatole-ω-karbonskābe

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Bezkrāsaina vai balta cieta pārsla

Molekulārais svars

175,18 g / mol

Kušanas punkts

168,5 ºC

Šķīdība

Ļoti vāji šķīst aukstā ūdenī: 1,5 g / L

Šķīst etilspirtā, acetonā un etilēterī. Nešķīst hloroformā.

Atrašanās dabā

Indoleetiķskābe ir vissvarīgākais augu fitohormons vai auksīns, kas to ražo galvenokārt augu vietās, kur ir augšana.

Sēklu dīgšana - process, kurā iejaucas indoleetiķskābe. Autors: Markéta Machová. Avots: Pixabay.

Parastais veids, kā augi uzglabā indoleetiķskābi, ir konjugēts vai atgriezeniski saistīts ar dažām aminoskābēm, peptīdiem un cukuriem.

To var aktīvi transportēt no šūnas uz šūnu vai pasīvi, ievērojot floma sulas lielos attālumos.

Papildus tā ražošanai augos, to sintezē arī vairāku veidu mikroorganismi. Starp šīm mikrobu sugām ir Azospirillum, Alcaligenes, Acinetobacter, Bacillus, Bradyrhizobium, Erwinia, Flavobacterium, Pseudomonas un Rhizobium.

Lielākā daļa augu stimulējošo baktēriju un sēnīšu, ieskaitot tās, kas ar tām veido simbiozi, ražo indoleetiķskābi. Šie mikroorganismi tiek uzskatīti par "augšanas stimulatoriem".

Indoleetiķskābei, ko biosintezē ar augiem saistītās baktērijas vai sēnes rizosfērā, ir liela nozīme sakņu attīstībā.

Augu sazarotas saknes. Tās attīstībā iejaucas indoleetiķskābe, ko ražo baktērijas un sēnītes, kas atrodas tām blakus esošajā apgabalā vai rizosfērā. Rasbaks holandiešu Vikipēdijā. Avots: Wikipedia Commons.

Tomēr mikrobiem fizioloģisko procesu veikšanai nav nepieciešama indoleetiķskābe.

Izskaidrojums ir tāds, ka augiem augot, tie izdala daudzus ūdenī šķīstošus savienojumus, piemēram, cukurus, organiskās skābes un aminoskābes, kas tiek transportēti uz saknēm.

Šādā veidā ar rizobakterijām tiek iegūts bagātīgs daudzums materiālu, ko izmanto metabolītu, piemēram, indoleetiķskābes, ražošanā, ko pēc tam izmanto augs.

Kā var secināt, tas ir partnerības savstarpējas palīdzības piemērs.

Funkcija augos

Indoleetiķskābe ir iesaistīta dažādos augu augšanas un attīstības aspektos, sākot no embrioģenēzes līdz ziedu attīstībai.

Tas ir būtisks daudzos procesos, piemēram, sēklu dīgšanā, embriju augšanā, sakņu iesākšanā un attīstībā, lapu veidošanā un nobiršanā, fototropismā, ģeotropismā, augļu attīstībā utt.

Attīstošs zieds - process, kurā iejaucas indoleetiķskābe. Autors: Bruno Glätsch. Avots: Pixabay.

Regulē šūnu pagarināšanos un dalīšanos, kā arī to diferenciāciju.

Palielina ksilēmas un saknes augšanas ātrumu. Tas palīdz uzlabot saknes garumu, palielinot to zaru, sakņu matiņu un sānu sakņu skaitu, kas palīdz barības vielu uzņemšanā no apkārtnes.

Tas uzkrājas saknes pamatdaļā, veicinot to gravitropismu vai ģeotropismu, tādējādi saknes izliekumu ierosinot uz leju. Dažās sugās tas stimulē nejaušu sakņu veidošanos no kātiem vai lapām.

Tas uzkrājas vietā, kur lapas izcelsies, kontrolējot tā atrašanās vietu uz auga. Augsts indoleetiķskābes saturs stimulē pagarinājumu dzinumos un to fototropismu. Regulē lapu paplašināšanos un asinsvadu diferenciāciju.

Jaunas lapas augšanā, procesu kontrolē indoleetiķskābe. Avots: Pixabay.

Kopā ar citokinīniem tas stimulē šūnu proliferāciju kambio zonā. Veicina asinsvadu audu diferenciāciju: ksilēma un flomems. Tam ir ietekme uz stumbra diametru.

Nogatavojušās sēklas izdala indoleetiķskābi, kas uzkrājas tajā daļā, kas ieskauj augļa augļapvalku. Kad indoleetiķskābes koncentrācija šajā vietā samazinās, rodas augļu atslāņošanās.

Biosintēze

Indoleetiķskābe tiek biosintēzes veidā aktīvi daloties augu orgānos, piemēram, dzinumos, sakņu galos, meristemā, asinsvadu audos, jaunām augošajās lapās, gala pumpuros un reproduktīvajos orgānos.

To sintezē augi un mikroorganismi caur vairākiem savstarpēji saistītiem ceļiem. Ir ceļi, kas ir atkarīgi no triptofāna (aminoskābes, kas atrodas augos), un citi ceļi, kas ir neatkarīgi no tā.

Zemāk ir aprakstīts viens no biosintēzes veidiem, sākot no triptofāna.

Triptofāns ar enzīma aminotransferāzes starpniecību zaudē aminogrupu un tiek pārveidots par indola-3-pirovilskābi.

Pēdējais zaudē karboksilgrupu un, pateicoties fermentam piruvāta dekarboksilāzei, veidojas indol-3-acetaldehīds.

Visbeidzot, indola-3-acetaldehīds tiek oksidēts ar enzīma aldehīd-oksidāzi, lai iegūtu indola-3-etiķskābi.

Viena no indoleacetiķskābes biosintēzes formām ar rizobakterijām. Autors: Marilú Stea.

Klātbūtne cilvēka ķermenī

Indoleetiķskābe cilvēka ķermenī rodas no triptofāna (aminoskābe, kas atrodas dažādos pārtikas produktos) metabolisma.

Indoleetiķskābe ir paaugstināta pacientiem ar aknu slimībām un cilvēkiem ar hroniskām nieru slimībām.

Hroniskas nieru slimības gadījumā augsts indolaetiķskābes līmenis asins serumā ir korelēts ar kardiovaskulāriem notikumiem un mirstību, izrādoties, ka tie ir nozīmīgi to paredzētāji.

Tiek lēsts, ka tas darbojas kā oksidatīvā stresa, iekaisuma, aterosklerozes un endotēlija disfunkcijas veicinātājs ar prokoagulanta efektu.

Augsts indoleetiķskābes līmenis asinīs pacientiem, kuri saņem hemodialīzi, ir saistīts arī ar kognitīvās funkcijas samazināšanos.

Iegūšana

Ir vairāki veidi, kā to iegūt laboratorijā, piemēram, no indola vai no glutamīnskābes.

Potenciāla izmantošana lauksaimniecībā

Tiek pētītas jaunas stratēģijas, kas ļautu izmantot indoleetiķskābi, lai palielinātu kultūru produktivitāti ar minimālu ietekmi uz dabisko vidi, izvairoties no ķīmisko mēslošanas līdzekļu un pesticīdu ietekmes uz vidi.

Ar sēņu palīdzību

Daži pētnieki no sausās vides izolēja dažas endofītiskas sēnes, kas saistītas ar ārstniecības augiem.

Viņi atklāja, ka šīs sēnes veicina savvaļas tipa un mutantu sēklu dīgtspēju, un pēc dažām analīzēm tika secināts, ka šādu sēņu biosintēze indolecetiķskābe ir atbildīga par labvēlīgo efektu.

Tas nozīmē, ka, pateicoties šo endofītisko sēņu ražotajai indoleetiķskābei, to lietošana var dot lielu labumu kultūrām, kas aug atstumtās zemēs.

Caur ģenētiski inženierijas baktērijām

Citiem zinātniekiem izdevās izdomāt ģenētiskas manipulācijas mehānismu, kas veicina indoleetiķskābes sintēzi ar noteikta veida rizobakterijām, kas parasti nav augu augšanas veicinātājs.

Šī mehānisma ieviešana lika šīm baktērijām sintezēt indoleetiķskābi pašregulētā veidā. Un šo rhobaktēriju inokulācija Arabidopsis thaliana augu saknēs uzlaboja to sakņu augšanu.

Ar savienojumiem, kas konjugēti ar indoleetiķskābi

Ir bijis iespējams sintezēt savienojumu, kas konjugēts vai izveidots, veidojot indoleetiķskābes un karbendazima (fungicīda) savienību, kurš, kad tiek inokulēts pākšaugu stādu saknēs, uzrāda gan fungicīdas īpašības, gan iedarbību, kas veicina augu augšanu un attīstību. Šis savienojums joprojām ir jāpēta dziļāk.

Atsauces

1. Čandra, S. et al. (2018). Dabas etiķskābes ražošanas optimizēšana no Stevia rebaudiana rizosfēras izolētām baktērijām un tās ietekme uz augu augšanu. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology 16 (2018) 581–586. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
2. ASV Nacionālā medicīnas bibliotēka. (2019. gads). Indola-3-etiķskābe. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Rozenbergs, E. (2017). Mikrobu ieguldījums cilvēku, dzīvnieku un augu veselībā. In Tas ir jūsu DNS. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
4. Le Bris, M. (2017). Hormoni izaugsmē un attīstībā. Dzīvības zinātņu atsauces modulis. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
5. Estelle, M. (2001) Augu hormoni. Ģenētikas enciklopēdijā. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
6. Dou, L. et al. (2015). Uremic Solute Indole-3 etiķskābes kardiovaskulārais efekts. J. Am. Soc. Nefrols. 2015. gada aprīlis; 26 (4): 876-887. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
7. Khan, AL et al. (2017). Ārstniecības augu endofīti un to potenciāls ražot indola etiķskābi, uzlabojot sēklu dīgtspēju un mazinot oksidatīvo stresu. J Zhejiang Univ Sci B. 2017. gada februāris; 18 (2): 125–137. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
8. Kouls, V. et al. (2014). Indola etiķskābes un slāpekļa oksīda ietekmes sfēra baktērijās. J. Pamata mikrobiols. 2014, 54, 1–11. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
9. Lina, Y.-T. un citi. (2019. gads). Indola-3 etiķskābe palielina kognitīvās funkcijas traucējumus pacientiem, kuri saņem hemodialīzi. NeuroToxicology, 73. sējums, 2019. gada jūlijs, 85. – 91. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
10. Zuñiga, A. et al. (2018). Inženierijas ierīce indoleetiķskābes ražošanai kvoruma noteikšanas signālos ļauj Cupriavidus pinatubonensis JMP134 stimulēt augu augšanu. ACS Synthetic Biology 2018, 7, 6, 1519-1527. Atgūts no pubs.acs.org.
11. Yang, J. et al. (2019. gads). Indoleetiķskābes-karbendazima sintēze un bioaktivitāte un tās ietekme uz Cylindrocladium parasiticum. Pesticīdu bioķīmija un fizioloģija 158 (2019) 128-134. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
12. Aguilar-Piedras, JJ et al. (2008). Indola-3-etiķskābes iegūšana Azospirillum. Rev Latinoam Microbiol 2008; 50 (1-2): 29-37. Atkopts no bashanfoundation.org.