Индол-3-уксусная кислота ( ИУК , 3-МАА ) является наиболее распространенным в природе растительного гормона в ауксине класса. Это самый известный из ауксинов, который был предметом обширных исследований физиологов растений. [1] ИУК - производное индола , содержащее карбоксиметильный заместитель. Это бесцветное твердое вещество, растворимое в полярных органических растворителях.
Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК 2- (1 H -индол-3-ил) уксусная кислота | |
Систематическое название ИЮПАК 2- (1 H -индол-3-ил) этановая кислота | |
Другие названия Индол-3-уксусная кислота, индолилуксусная кислота, 1 H- индол-3-уксусная кислота, индолуксусная кислота, гетероауксин, ИУК | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) | |
ЧЭБИ | |
ЧЭМБЛ | |
ChemSpider | |
DrugBank | |
ECHA InfoCard | 100,001,590 |
КЕГГ | |
PubChem CID | |
UNII | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
Характеристики | |
C 10 H 9 N O 2 | |
Молярная масса | 175,187 г · моль -1 |
Появление | Белое твердое вещество |
Температура плавления | От 168 до 170 ° C (от 334 до 338 ° F, от 441 до 443 K) |
не растворим в воде. Растворим в этаноле до 50 мг / мл | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Биосинтез
ИУК преимущественно продуцируется в клетках верхушки ( почки ) и очень молодых листьев растения . Растения могут синтезировать ИУК несколькими независимыми биосинтетическими путями. Четыре из них начинаются с триптофана , но есть также путь биосинтеза, независимый от триптофана. [2] Растения в основном производят ИУК из триптофана через индол-3-пировиноградную кислоту . [3] [4] ИУК также производится из триптофана через индол-3-ацетальдоксим в Arabidopsis thaliana . [5]
У крыс ИУК является продуктом как эндогенного, так и микробного метаболизма толстой кишки из пищевого триптофана вместе с триптофолом . Впервые это наблюдалось у крыс, инфицированных Trypanosoma brucei gambiense . [6] Эксперимент 2015 года показал, что диета с высоким содержанием триптофана может снизить уровень ИУК в сыворотке у мышей, но что у людей потребление белка не оказывает достоверно предсказуемого влияния на уровни ИУК в плазме. [7] Было известно, что клетки человека продуцируют ИУК in vitro с 1950-х годов [8], и был идентифицирован критический ген биосинтеза IL4I1 . [9] [10]
Биологические эффекты
Как и все ауксины, IAA имеет множество различных эффектов, такие как индуцировать клеточное удлинение и деление клеток со всеми последующими результатами для роста и развития растений. В более крупном масштабе ИУК служит сигнальной молекулой, необходимой для развития органов растений и координации роста.
Регулирование генов растений
ИУК входит в ядро клетки растений и связываются с белком комплекса , состоящим из убиквитина-активирующего фермента (E1), A убиквитин-конъюгации фермента (Е2), а убиквитинлигаз (Е3), в результате чего убиквитинирования из Aux / IAA белков с повышенным скорость. [11] Белки Aux / IAA связываются с белками фактора ответа на ауксин (ARF), образуя гетеродимер, подавляя активность ARF. [12] В 1997 г. было описано, как ARF связываются с элементами гена ауксинового ответа в промоторах генов, регулируемых ауксином, обычно активируя транскрипцию этого гена, когда белок Aux / IAA не связывается. [13]
ИУК подавляет фотодыхательную гибель клеток у мутантов фотодыхательной каталазы . Это предполагает роль передачи сигналов ауксина в стрессоустойчивости. [14]
Бактериальная физиология
Продукция ИУК широко распространена среди экологических бактерий, населяющих почвы, воды, а также растений и животных-хозяев. Распределение и субстратная специфичность вовлеченных ферментов предполагает, что эти пути играют роль, выходящую за рамки взаимодействий между растениями и микробами. [15] Enterobacter cloacae может продуцировать ИУК из ароматических аминокислот и аминокислот с разветвленной цепью. [16]
Грибковый симбиоз
Грибы могут образовывать грибковую оболочку вокруг корней многолетних растений, называемую эктомикоризой . Было показано, что грибок, специфичный для ели, под названием Tricholoma Vacinum, вырабатывает ИУК из триптофана и выводит ее из гифов . Это индуцировало ветвление в культурах и усиливало образование сети Хартига . Гриб использует переносчик множественной лекарственной и токсичной экструзии (MATE) Mte1. [17] В настоящее время ведутся исследования грибов, продуцирующих ИУК, для стимулирования роста и защиты растений в устойчивом сельском хозяйстве. [18]
Биосинтез скатола
Скатол , пахучий фекалии, вырабатывается из триптофана с помощью индолуксусной кислоты. Декарбоксилирование дает метилиндол. [19] [20]
Синтез
Химически он может быть синтезирован реакцией индола с гликолевой кислотой в присутствии основания при 250 ° C: [21]
Альтернативно соединение было синтезировано синтезом индола Фишера с использованием глутаминовой кислоты и фенилгидразина . [22] Глутаминовая кислота была преобразована в необходимый альдегид посредством разложения по Стрекеру .
Многие методы его синтеза были разработаны с момента его первоначального синтеза из индол-3-ацетонитрила. [23]
История и синтетические аналоги
Уильям Гладстон Темпельман изучал вещества для стимуляции роста в компании Imperial Chemical Industries Ltd. После 7 лет исследований он изменил направление своего исследования, чтобы попробовать те же вещества в высоких концентрациях, чтобы остановить рост растений. В 1940 году он опубликовал свои выводы о том, что IAA убивает широколистные растения на зерновых полях. [24]
Поиск кислоты с более длительным периодом полураспада, то есть более стабильного в метаболическом и экологическом отношении соединения, привел к 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоте (2,4-D) и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусной кислоте (2,4,5- T), как феноксигербициды , так и аналоги ИУК. Роберт Покорный, промышленный химик компании CB Dolge в Вестпорте, штат Коннектикут, опубликовал их синтез в 1941 году [25].
Другими менее дорогими синтетическими аналогами ауксина, доступными на рынке для использования в садоводстве, являются индол-3-масляная кислота (IBA) и 1-нафталинуксусная кислота (NAA). [ необходима цитата ] При опрыскивании широколиственных двудольных растений они вызывают быстрый неконтролируемый рост, в конечном итоге убивая их. Впервые представленные в 1946 году, эти гербициды широко использовались в сельском хозяйстве к середине 1950-х годов. [ необходима цитата ]
Токсичность для млекопитающих / последствия для здоровья
О влиянии ИУК на людей было проведено мало исследований, и данные о токсичности ограничены. Данных о канцерогенных, тератогенных эффектах или влиянии на развитие человека не имеется.
ИУК указана в ее паспорте безопасности материалов как мутагенная по отношению к соматическим клеткам млекопитающих и, возможно, канцерогенная на основании данных о животных. Согласно данным на животных, он может вызвать неблагоприятные репродуктивные эффекты (фетотоксичность) и врожденные дефекты. Нет данных о людях по состоянию на 2008 год. [26] Он указан как потенциальный раздражитель кожи, глаз и дыхательных путей, и пользователям рекомендуется не глотать его. Протоколы приема внутрь, вдыхания и воздействия на кожу / глаза являются стандартными для умеренно ядовитых соединений и включают тщательное промывание кожи и глаз, свежий воздух в случае вдыхания и немедленное обращение к врачу во всех случаях для определения наилучшего курса лечения. действия и не вызывать рвоту при проглатывании. 704 NFPA здоровья оценка опасности для IAA является 2, что означает риск временной нетрудоспособности с интенсивным или продолжительным, но не хроническим воздействием, а также возможность остаточной травмы. [27] ИУК является прямым лигандом арилуглеводородного рецептора , [28] и лечение ИУК мышей указывает на защитное действие на печень на модели неалкогольной жировой болезни печени . [29] Люди обычно имеют относительно высокий уровень ИУК в сыворотке (~ 1 мкМ), но он может быть повышен при определенных болезненных состояниях и может быть плохим прогностическим маркером здоровья сердечно-сосудистой системы. [30] Неизвестно, происходит ли эта ИУК в результате эндогенного биосинтеза через IL4I1 или кишечной микробиоты .
Токсичность, связанная с развитием
ИУК вызывает микроцефалию у крыс на ранней стадии развития коры головного мозга. ИУК снижает двигательную активность эмбрионов / плодов крыс; Обработка IAA и аналогом 1 (метил) -IAA приводила к апоптозу нейроэпителиальных клеток и значительному уменьшению размеров мозга по сравнению с массой тела у эмбриональных крыс. [31]
Иммунотоксин
ИУК является лигандом, индуцирующим апоптоз, у млекопитающих. По состоянию на 2010 год пути передачи сигнала следующие: IAA / HRP активирует митоген-активируемые протеинкиназы p38 и N-концевые киназы c-Jun . Он индуцирует каспазу-8 и каспазу-9 , что приводит к активации каспазы-3 и расщеплению поли (adp-рибозы) полимераз . [32]
В 2002 году была выдвинута гипотеза, что ИУК в сочетании с пероксидазой хрена (HRP) можно использовать в таргетной терапии рака. Молекулы радикальной ИУК будут прикрепляться к клеткам, отмеченным HRP, и реактивные клетки HRP будут выборочно убиты. [33] В 2010 году эксперименты in vitro подтвердили эту концепцию ИУК как иммунотоксина при использовании в доклинических исследованиях таргетной терапии рака, поскольку она индуцировала апоптоз в мочевом пузыре [32] и при гематологических злокачественных новообразованиях. [34]
Рекомендации
- ^ Саймон, Сибу; Петрашек, Ян (2011). «Почему растениям нужно более одного типа ауксина» . Растениеводство . 180 (3): 454–60. DOI : 10.1016 / j.plantsci.2010.12.007 . PMID 21421392 .
- ^ Чжао, Юнде (2010). «Биосинтез ауксина и его роль в развитии растений» . Ежегодный обзор биологии растений . 61 : 49–64. DOI : 10,1146 / annurev-arplant-042809-112308 . PMC 3070418 . PMID 20192736 .
- ^ Машигучи, Киёси; Танака, Кейта; Сакаи, Тацуя; Сугавара, Сатоко; Кавайде, Хироши; Нацумэ, Масахиро; Ханада, Ацуши; Яэно, Такаши; и другие. (2011). «Основной путь биосинтеза ауксина у Arabidopsis» . Труды Национальной академии наук . 108 (45): 18512–7. Bibcode : 2011PNAS..10818512M . DOI : 10.1073 / pnas.1108434108 . PMC 3215075 . PMID 22025724 .
- ^ Выиграли, Кристина; Шен, Сянлинг; Машигучи, Киёси; Чжэн, Зую; Дай, Синьхуа; Ченг, Юфа; Касахара, Хироюки; Камия, Юдзи; и другие. (2011). «Превращение триптофана в индол-3-уксусную кислоту с помощью TRYPTOPHAN AMINOTRANSFERASES OF ARABIDOPSIS и YUCCA в Arabidopsis» . Труды Национальной академии наук . 108 (45): 18518–23. Bibcode : 2011PNAS..10818518W . DOI : 10.1073 / pnas.1108436108 . PMC 3215067 . PMID 22025721 .
- ^ Сугавара, Сатоко; Хисияма, Сёдзиро; Джикумару, Юске; Ханада, Ацуши; Нисимура, Такеши; Кошиба, Томокадзу; Чжао, Юньдэ; Камия, Юдзи; Касахара, Хироюки (2009). «Биохимический анализ индол-3-ацетальдоксим-зависимого биосинтеза ауксина у Arabidopsis» . Труды Национальной академии наук . 106 (13): 5430–5. Bibcode : 2009PNAS..106.5430S . DOI : 10.1073 / pnas.0811226106 . JSTOR 40455212 . PMC 2664063 . PMID 19279202 .
- ^ Говард Стиббс Генри; Ричард Сид Джон (1975). «Краткосрочный метаболизм [14C] триптофана у крыс, инфицированных Trypanosoma brucei gambiense». J Infect Dis . 131 (4): 459–462. DOI : 10.1093 / infdis / 131.4.459 . PMID 1117200 .
- ^ Poesen R, Mutsaers HA, et al. (Октябрь 2015 г.). «Влияние потребления белка с пищей на триптофан млекопитающих и фенольные метаболиты» . PLOS ONE . 10 (10): e0140820. Bibcode : 2015PLoSO..1040820P . DOI : 10.1371 / journal.pone.0140820 . PMC 4607412 . PMID 26469515 .
- ^ Weissbach, H .; King, W .; Sjoerdsma, A .; Уденфренд, С. (январь 1959 г.). «Образование индол-3-уксусной кислоты и триптамина у животных: метод определения индол-3-уксусной кислоты в тканях» . Журнал биологической химии . 234 (1): 81–86. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 70339-6 . ISSN 0021-9258 . PMID 13610897 .
- ^ Чжан, Ся; Ган, Мин; Ли, Цзинъюнь; Ли, Хуэй; Су, Мэйчэн; Тан, Дунфэй; Ван, Шаолей; Цзя, мужчина; Чжан, Лигуо; Чен, Ганг (2020-08-31). «Эндогенный путь индолпирувата для метаболизма триптофана, опосредованного IL4I1». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 68 (39): 10678–10684. DOI : 10.1021 / acs.jafc.0c03735 . ISSN 1520-5118 . PMID 32866000 .
- ^ Садик, Ахмед; Сомаррибас Паттерсон, Луис Ф .; Озтюрк, Селцен; Mohapatra, Soumya R .; Паниц, Верена; Секер, Филипп Ф .; Пфендер, Полина; Лот, Стефани; Салем, Хеба; Пренцелл, Мирья Тамара; Бердел, Бьянка; Искыр, Мурат; Фесслер, Эрик; Рейтер, Фридерике; Кирст, Изабель; Кальтер, Верена; Ферстер, Катрин I .; Егер, Эвелин; Гевара, Карина Рамалло; Собех, Мансур; Хильшер, Томас; Пошет, Гернот; Рейнхардт, Аннекатрин; Hassel, Jessica C .; Запатка, Марк; Хан, Удо; фон Даймлинг, Андреас; Хопф, Карстен; Шлихтинг, Рита; Эшер, Беата I .; Бурхенне, Юрген; Haefeli, Walter E .; Исхак, Навид; Бёме, Александр; Шойбле, Саша; Тедик, Катрин; Трамп, Саския; Зайфферт, Мартина; Опиц, Кристиана А. (17 августа 2020 г.). «IL4I1 представляет собой контрольную точку метаболического иммунитета, которая активирует AHR и способствует прогрессированию опухоли» . Cell . 182 (5): 1252–1270.e34. DOI : 10.1016 / j.cell.2020.07.038 . ISSN 1097-4172 . PMID 32818467 . S2CID 221179265 .
- ^ Пеккер, доктор медицины; Deshaies, RJ (2005). «Функция и регуляция убиквитиновых лигаз cullin-RING» (PDF) . Растительная клетка . 6 (1): 9–20. DOI : 10.1038 / nrm1547 . PMID 15688063 . S2CID 24159190 .
- ^ Tiwari, SB; Hagen, G; Гилфойл, Т.Дж. (2004). «Белки Aux / IAA содержат мощный домен репрессии транскрипции» . Растительная клетка . 16 (2): 533–43. DOI : 10.1105 / tpc.017384 . PMC 341922 . PMID 14742873 .
- ^ Ульмасов, Т; Hagen, G; Гилфойл, Т.Дж. (1997). «ARF1, фактор транскрипции, который связывается с элементами ответа на ауксин». Наука . 276 (5320): 1865–68. DOI : 10.1126 / science.276.5320.1865 . PMID 9188533 .
- ^ Керчев П., Мюленбок П., Денекер Дж., Моррил К., Хоберихтс Ф.А., ван дер Келен К., Вандорп М., Нгуен Л., Оденаерт Д., ван Брейсегем Ф. (февраль 2015 г.). «Активация передачи сигналов ауксином противодействует зависимой от Н2О2 смерти клеток в фотодыхании» . Plant Cell Environ . 38 (2): 253–65. DOI : 10.1111 / pce.12250 . PMID 26317137 .
- ^ Паттен С.Л., Блэкни А.Дж., Колсон Т.Дж. (ноябрь 2013 г.). «Активность, распределение и функция путей биосинтеза индол-3-уксусной кислоты в бактериях». Crit Rev Microbiol . 39 (4): 395–415. DOI : 10.3109 / 1040841X.2012.716819 . PMID 22978761 . S2CID 22123626 .
- ^ Парсонс К.В., Харрис Д.М., Паттен С.Л. и др. (Сентябрь 2015 г.). «Регулирование биосинтеза индол-3-уксусной кислоты аминокислотами с разветвленной цепью в Enterobacter cloacae UW5» . FEMS Microbiol Lett . 362 (18): fnv153. DOI : 10.1093 / femsle / fnv153 . PMID 26347301 .
- ^ Краузе К., Хенке С., Азиимве Т., Ульбрихт А., Клеммер С., Шахчабель Д., Боланд В., Коте Е. (октябрь 2015 г.). "Биосинтез и секреция индол-3-уксусной кислоты и ее морфологические эффекты на Tricholoma Vacinum-Spruce Ectomycorrhiza" . Appl Environ Microbiol . 81 (20): 7003–11. DOI : 10,1128 / AEM.01991-15 . PMC 4579454 . PMID 26231639 .
- ^ Fu SF, Wei JY, Chen HW, Liu YY, Lu HY, Chou JY (август 2015 г.). «Индол-3-уксусная кислота: широко распространенный физиологический код взаимодействия грибов с другими организмами» . Сигнальное поведение растений . 10 (8): e1048052. DOI : 10.1080 / 15592324.2015.1048052 . PMC 4623019 . PMID 26179718 .
- ^ Уайтхед, TR; Цена, НП; Дрейк, HL; Котта, Массачусетс (25 января 2008 г.). «Катаболический путь производства скатола и индолуксусной кислоты ацетогеном Clostridium drakei, Clostridium scatologenes и свиным навозом» . Прикладная и экологическая микробиология . 74 (6): 1950–3. DOI : 10,1128 / AEM.02458-07 . PMC 2268313 . PMID 18223109 .
- ^ Yokoyama, MT; Карлсон, младший (1979). «Микробные метаболиты триптофана в кишечном тракте с особым акцентом на скатоле». Американский журнал клинического питания . 32 (1): 173–178. DOI : 10.1093 / ajcn / 32.1.173 . PMID 367144 .
- ^ Джонсон, Герберт Э .; Кросби, Дональд Г. (1964). «Индол-3-уксусная кислота» . Органический синтез . 44 : 64.; Сборник , 5 , с. 654
- ^ Фокс, Сидни У .; Баллок, Милон В. (1951). «Синтез индолеуксусной кислоты из глутаминовой кислоты и предлагаемый механизм превращения». Журнал Американского химического общества . 73 (6): 2754–2755. DOI : 10.1021 / ja01150a094 .
- ^ Мадзима, Рико; Хосино, Тосио (1925). "Synthetische Versuche in der Indol-Gruppe, VI: Eine neue Synthese von β-Indolyl-алкиламинен". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (серии A и B) . 58 (9): 2042–6. DOI : 10.1002 / cber.19250580917 .
- ^ Templeman WG; Мармой CJ (2008). «Влияние на рост растений полива растворами веществ для роста растений и протравливанием семян, содержащих эти вещества». Летопись прикладной биологии . 27 (4): 453–471. DOI : 10.1111 / j.1744-7348.1940.tb07517.x .
- ^ Покорный Роберт (1941). «Новые соединения. Некоторые хлорфеноксиуксусные кислоты». Варенье. Chem. Soc . 63 (6): 1768. DOI : 10.1021 / ja01851a601 .
- ^ "1H-Индол-3-уксусная кислота" Реестр токсических эффектов химических веществ (RTECS). Последнее обновление страницы: 8 ноября 2017 г.
- ^ «Индол-3-уксусная кислота: Паспорт безопасности материала». Ноябрь 2008 г.
- ^ Миллер, Чарльз А. (1997-12-26). "Экспрессия человеческого комплекса рецепторов арильных углеводородов в дрожжах АКТИВАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ ИНДОЛЬНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ" . Журнал биологической химии . 272 (52): 32824–32829. DOI : 10.1074 / jbc.272.52.32824 . ISSN 1083-351X . PMID 9407059 . S2CID 45619222 . Проверено 8 января 2020 .
- ^ Джи, Юн; Гао, Юань; Чен, Хонг; Инь, Юэ; Чжан, Вэйчжэнь (2019-09-03). «Индол-3-уксусная кислота облегчает безалкогольную жировую болезнь печени у мышей посредством ослабления липогенеза в печени, а также окислительного и воспалительного стресса» . Питательные вещества . 11 (9): 2062. DOI : 10,3390 / nu11092062 . ISSN 2072-6643 . PMC 6769627 . PMID 31484323 .
- ^ Доу, Летиция; Салле, Марион; Керини, Клэр; Пуатевен, Стефан; Гондуэн, Бертран; Журд-Шиш, Ноэми; Фаллагу, Карим; Брюне, Филипп; Калаф, Раймонд; Дуссоль, Бертран; Маллет, Бернар; Дигья-Жорж, Франсуаза; Буртей, Стефан (апрель 2015 г.). «Сердечно-сосудистый эффект уремического растворенного вещества индол-3 уксусной кислоты» . Журнал Американского общества нефрологов . 26 (4): 876–887. DOI : 10,1681 / ASN.2013121283 . ISSN 1533-3450 . PMC 4378098 . PMID 25145928 .
- ^ Фурукава, Сатоши; Усуда, Коджи; Абэ, Масаёши; Огава, Идзуми (2005). «Влияние производных индол-3-уксусной кислоты на нейроэпителий эмбрионов крыс» . Журнал токсикологических наук . 30 (3): 165–74. DOI : 10,2131 / jts.30.165 . PMID 16141651 .
- ^ а б Jeong YM, Oh MH, Kim SY, Li H, Yun HY, Baek KJ, Kwon NS, Kim WY, Kim DS (2010). «Индол-3-уксусная кислота / пероксидаза хрена индуцирует апоптоз в клетках карциномы мочевого пузыря человека TCCSUP». Pharmazie . 65 (2): 122–6. PMID 20225657 .
- ^ Уордман П. (2002). «Индол-3-уксусная кислота и пероксидаза хрена: новая комбинация пролекарства / фермента для таргетной терапии рака». Curr. Pharm. Des . 8 (15): 1363–74. DOI : 10,2174 / 1381612023394610 . PMID 12052213 .
- ^ Далмаццо Л.Ф., Сантана-Лемос Б.А., Якомо Р.Х., Гарсия А.Б., Рего Е.М., да Фонсека Л.М., Фалькао Р.П. (2011). «Нацеленная на антитела пероксидаза хрена, связанная с индол-3-уксусной кислотой, индуцирует апоптоз in vitro при гематологических злокачественных новообразованиях». Лейк. Res . 35 (5): 657–62. DOI : 10.1016 / j.leukres.2010.11.025 . PMID 21168913 . цитируется в: Уэйн А.С., Фитцджеральд Д.Дж., Крейтман Р.Дж., Пастан I (2014). «Иммунотоксины при лейкемии» . Кровь . 123 (16): 2470–7. DOI : 10,1182 / кровь 2014-01-492256 . PMC 3990911 . PMID 24578503 .