Индол-3-уксусная кислота - Indole-3-acetic acid

Индол-3-уксусная кислота
Индол-3-илуксусная кислота.svg
Имена
Название ИЮПАК
2-(1ЧАС-индол-3-ил) уксусная кислота
Систематическое название ИЮПАК
2-(1ЧАС-индол-3-ил) этановая кислота
Другие имена
Индол-3-уксусная кислота,
индолилуксусная кислота,
1ЧАС-Индол-3-уксусная кислота,
индолуксусная кислота,
гетероауксин,
IAA
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.001.590 Отредактируйте это в Викиданных
КЕГГ
UNII
Свойства
C10ЧАС9NО2
Молярная масса175.187 г · моль−1
ВнешностьБелое 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 для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверятьY проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Индол-3-уксусная кислота (IAA, 3-IAA) является наиболее часто встречающимся в природе гормон растения из ауксин класс. Это самый известный из ауксинов, который был предметом обширных исследований физиологов растений.[1] ИУК является производным от индол, содержащая карбоксиметильный заместитель. Это бесцветное твердое вещество, растворимое в полярных органических растворителях.

Биосинтез

Основная статья: Ауксин

ИУК преимущественно продуцируется в клетках верхушки (бутон ) и очень молодые листья завод. Растения могут синтезировать ИУК несколькими независимыми биосинтетическими путями. Четыре из них начинаются с триптофан, но существует также путь биосинтеза, независимый от триптофана.[2] Растения в основном производят ИУК из триптофана через индол-3-пировиноградная кислота.[3][4] ИУК также производится из триптофана через индол-3-ацетальдоксим в Arabidopsis thaliana.[5]

У крыс ИУК является продуктом как эндогенного, так и кишечного микробного метаболизма из пищевых продуктов. триптофан вместе с триптофол. 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 надежно предсказуемого влияния на уровни ИУК в плазме.[7] Известно, что человеческие клетки продуцируют ИУК in vitro с 1950-х годов.[8] и ген критического биосинтеза IL4I1 был идентифицирован.[9][10]

Биологические эффекты

Как и все ауксины, ИУК обладает множеством различных эффектов, например, индуцирует ячейка 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 проникает в ядро ​​растительной клетки и связывается с белковым комплексом, состоящим из убиквитин-активирующий фермент (E1), а убиквитин-конъюгированный фермент (E2) и a убиквитинлигаза (E3), в результате чего убиквитинирование из Aux / IAA белки с повышенной скоростью.[11] Белки Aux / IAA связываются с фактор ответа на ауксин (ARF) белки, образующие гетеродимер, подавляющие 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 фотодыхательный -зависимая гибель клеток в фотодыхании каталаза мутанты. Это предполагает роль передачи сигналов ауксина в толерантности к стрессу.[14]

Бактериальная физиология

Продукция ИУК широко распространена среди экологических бактерий, населяющих почву, воду, а также растений и животных-хозяев. Распространение и субстратная специфичность вовлеченных ферментов предполагает, что эти пути играют роль, выходящую за рамки взаимодействий между растениями и микробами.[15] Энтеробактерные клоаки может производить IAA из ароматических аминокислот и аминокислот с разветвленной цепью.[16]

Грибковый симбиоз

Грибы могут образовывать грибковую оболочку вокруг корней многолетних растений, называемых эктомикориза. Гриб, характерный для ели, называется Tricholoma Vacinum было показано, что она производит ИУК из триптофана и выводит ее из гифы. Это индуцировало ветвление в культурах и увеличивало Hartig net формирование. Гриб использует переносчик множественной лекарственной и токсичной экструзии (MATE) Mte1.[17] Исследования грибов, продуцирующих ИУК, для стимулирования роста и защиты растений в устойчивом сельском хозяйстве продолжаются.[18]

Биосинтез скатола

Скатол, запах фекалий, производится из триптофан через индолуксусную кислоту. Декарбоксилирование дает метилиндол.[19][20]

Синтез

Химически его можно синтезировать по реакции индол с участием гликолевая кислота в присутствии основания при 250 ° С:[21]

Синтез индол-3-уксусной кислоты.png

В качестве альтернативы соединение было синтезировано Синтез индола по Фишеру с помощью глютаминовая кислота и фенилгидразин.[22] Глутаминовая кислота превращалась в необходимую альдегид через Деградация Штрекера.

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 Imperial Chemical Industries Ltd. После 7 лет исследований он изменил направление своих исследований, 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, т.е. более стабильного в метаболическом и экологическом отношении соединения, привел к 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д) и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота (2,4,5-Т), оба феноксигербициды и аналоги ИУК. Роберт Покорный, промышленный химик компании C.B. Dolge в г. Вестпорт, Коннектикут опубликовал их синтез в 1941 г.[25]

Другой менее дорогой синтетический ауксин аналоги на рынке для использования в садоводство находятся индол-3-масляная кислота (IBA) и 1-нафталинуксусная кислота (NAA).[нужна 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 сельское хозяйство к середине 1950-х гг.[нужна цитата ]

Токсичность для млекопитающих / воздействие на здоровье

О влиянии ИУК на людей было проведено мало исследований, и данные о токсичности ограничены. Нет данных о канцерогенных свойствах человека, тератогенный, или были созданы эффекты развития.

IAA внесена в список MSDS как мутагенный для млекопитающих соматические клетки, и, возможно, канцерогенный на основании данных о животных. Согласно данным на животных, он может вызывать 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 проглатывать его. Протоколы приема внутрь, ингаляции и воздействия на кожу / глаза являются стандартными для умеренно ядовитых соединений и включают в себя 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. В NFPA 704 Рейтинг опасности для здоровья для IAA составляет 2, что означает риск временной потери трудоспособности при интенсивном или продолжительном, но не хроническом воздействии, а также возможность остаточного повреждения.[27] ИУК является прямым лигандом рецептор арильных углеводородов,[28] и обработка мышей ИУК указывают на защитные эффекты печени на модели неалкогольная жировая болезнь печени.[29] Люди обычно имеют относительно высокий уровень ИУК в сыворотке (~ 1 мкМ), но он может быть повышен при определенных заболеваниях и может быть плохим прогностическим маркером здоровья сердечно-сосудистой системы.[30] Происходит ли эта ИУК в результате эндогенного биосинтеза через IL4I1 или кишечник микробиота неизвестно.

Токсичность для развития

IAA производит микроцефалия у крыс на ранней стадии развития коры головного мозга. ИУК снижает двигательную активность эмбрионов / плодов крыс; Обработка ИУК и аналогом 1 (метил) -ИАК приводила к апоптозу нейроэпителиальных клеток и значительному уменьшению размеров мозга по сравнению с массой тела у эмбриональных крыс.[31]

Иммунотоксин

IAA - это апоптоз -индуцирующий лиганд у млекопитающих. По состоянию на 2010 г. пути передачи сигналов следующие: IAA / HRP активирует p38 митоген-активированные протеинкиназы и c-Jun N-концевые киназы. Это побуждает каспаза-8 и каспаза-9, что приводит к каспаза-3 активация и поли (адп-рибоза) полимеразы расщепление.[32]

В 2002 году была выдвинута гипотеза, что IAA в сочетании с пероксидаза 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 иммунотоксин при использовании в доклинических исследованиях таргетной терапии рака, поскольку вызывает апоптоз мочевого пузыря[32] и при гематологических злокачественных новообразованиях.[34]

использованная литература

  1. ^ Саймон, Сибу; Петрашек, Ян (2011). «Почему растениям нужно более одного типа ауксина». Растениеводство. 180 (3): 454–60. Дои:10.1016 / j.plantsci.2010.12.007. PMID  21421392.
  2. ^ Чжао, Юнде (2010). «Биосинтез ауксина и его роль в развитии растений». Ежегодный обзор биологии растений. 61: 49–64. Дои:10.1146 / annurev-arplant-042809-112308. ЧВК  3070418. PMID  20192736.
  3. ^ 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:2011ПНАС..10818512М. Дои:10.1073 / pnas.1108434108. ЧВК  3215075. PMID  22025724.
  4. ^ Выиграли, Кристина; Шэнь, 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. Дои:10.1073 / pnas.1108436108. ЧВК  3215067. PMID  22025721.
  5. ^ Сугавара, Сатоко; Хисияма, Сёдзиро; Дзикумару, 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:2009ПНАС..106.5430С. Дои:10.1073 / pnas.0811226106. JSTOR  40455212. ЧВК  2664063. PMID  19279202.
  6. ^ Говард Стиббс Генри; Ричард Сид Джон (1975). «Краткосрочный метаболизм [14C] триптофана у крыс, инфицированных Trypanosoma brucei gambiense». J Infect Dis. 131 (4): 459–462. Дои:10.1093 / infdis / 131.4.459. PMID  1117200.
  7. ^ Poesen R, Mutsaers HA и др. (Октябрь 2015 г.). «Влияние потребления белка с пищей на триптофан и фенольные метаболиты млекопитающих». PLOS ONE. 10 (10): e0140820. Bibcode:2015PLoSO..1040820P. Дои:10.1371 / journal.pone.0140820. ЧВК  4607412. PMID  26469515.
  8. ^ 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. ISSN  0021-9258. PMID  13610897.
  9. ^ 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, опосредованный IL4I1». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. Дои:10.1021 / acs.jafc.0c03735. ISSN  1520-5118. PMID  32866000.
  10. ^ 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; Poschet, Gernot; 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 является контрольной точкой метаболического иммунитета, которая активирует AHR и способствует прогрессированию опухоли». Ячейка. 182 (5): 1252–1270.e34. Дои:10.1016 / j.cell.2020.07.038. ISSN  1097-4172. PMID  32818467. S2CID  221179265.
  11. ^ Пеккер, доктор медицины; Deshaies, RJ (2005). «Функция и регуляция убиквитинлигаз cullin-RING» (PDF). Растительная клетка. 6 (1): 9–20. Дои:10.1038 / nrm1547. PMID  15688063. S2CID  24159190.
  12. ^ Tiwari, SB; Hagen, G; Гилфойл, Т.Дж. (2004). «Белки Aux / IAA содержат мощный домен репрессии транскрипции». Растительная клетка. 16 (2): 533–43. Дои:10.1105 / tpc.017384. ЧВК  341922. PMID  14742873.
  13. ^ Ульмасов, Т; Hagen, G; Гилфойл, Т.Дж. (1997). «ARF1, фактор транскрипции, который связывается с элементами ответа на ауксин». Наука. 276 (5320): 1865–68. Дои:10.1126 / science.276.5320.1865. PMID  9188533.
  14. ^ Керчев П., Мюленбок П., Денекер Дж., Моррил К., Хоберихтс Ф.А., ван дер Келен К., Вандорп М., Нгуен Л., Оденаерт Д., ван Брейзегем Ф. (февраль 2015 г.). «Активация передачи сигналов ауксином противодействует зависимой от H2O2 клеточной смерти в фотодыхании». Растительная клеточная среда. 38 (2): 253–65. Дои:10.1111 / шт.12250. PMID  26317137.
  15. ^ 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. Дои:10.3109 / 1040841X.2012.716819. PMID  22978761. S2CID  22123626.
  16. ^ Парсонс К.В., Харрис Д.М., Паттен С.Л. и др. (Сентябрь 2015 г.). «Регулирование биосинтеза индол-3-уксусной кислоты аминокислот с разветвленной цепью в Enterobacter cloacae UW5». FEMS Microbiol Lett. 362 (18): fnv153. Дои:10.1093 / femsle / fnv153. PMID  26347301.
  17. ^ Краузе К., Хенке С., Асиимве 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. Дои:10.1128 / AEM.01991-15. ЧВК  4579454. PMID  26231639.
  18. ^ Fu SF, Wei JY, Chen HW, Liu YY, Lu HY, Chou JY (август 2015 г.). «Индол-3-уксусная кислота: широко распространенный физиологический код во взаимодействиях грибов с другими организмами». Сигнальное поведение растений. 10 (8): e1048052. Дои:10.1080/15592324.2015.1048052. ЧВК  4623019. PMID  26179718.
  19. ^ Whitehead, T. R .; Цена, н. П .; Drake, H.L .; Котта, М. А. (25 января 2008 г.). «Катаболический путь производства скатола и индолуксусной кислоты ацетогеном Clostridium drakei, Clostridium scatologenes и свиным навозом». Американское общество микробиологии: прикладная и экологическая микробиология. 74 (6): 1950–3. Дои:10.1128 / AEM.02458-07. ЧВК  2268313. PMID  18223109.
  20. ^ Yokoyama, M.T .; Карлсон, Дж. Р. (1979). «Микробные метаболиты триптофана в кишечном тракте с особым акцентом на скатол». Американский журнал клинического питания. 32 (1): 173–178. Дои:10.1093 / ajcn / 32.1.173. PMID  367144.
  21. ^ Джонсон, Герберт Э .; Кросби, Дональд Г. (1964). «Индол-3-уксусная кислота». Органический синтез. 44: 64.; Коллективный объем, 5, п. 654
  22. ^ 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. Дои:10.1021 / ja01150a094.
  23. ^ 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. Дои:10.1002 / cber.19250580917.
  24. ^ Templeman W. G .; Мармой К. Дж. (2008). «Влияние на рост растений полива растворами веществ для роста растений и протравками, содержащими эти вещества». Анналы прикладной биологии. 27 (4): 453–471. Дои:10.1111 / j.1744-7348.1940 (неактивно 10.09.2020).CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2020 г. (ссылка на сайт)
  25. ^ Покорный Роберт (1941). «Новые соединения. Некоторые хлорфеноксиуксусные кислоты». Варенье. Chem. Soc. 63 (6): 1768. Дои:10.1021 / ja01851a601.
  26. ^ «1H-Индол-3-уксусная кислота» Реестр токсического действия химических веществ (RTECS). Последнее обновление страницы: 8 ноября 2017 г.
  27. ^ «Индол-3-уксусная кислота: паспорт безопасности материала». Ноябрь 2008 г.
  28. ^ Миллер, Чарльз А. (1997-12-26). «Экспрессия человеческого комплекса арилуглеводородных рецепторов в дрожжах АКТИВАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИИ ИНДОЛЬНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ». Журнал биологической химии. 272 (52): 32824–32829. Дои:10.1074 / jbc.272.52.32824. ISSN  1083-351X. PMID  9407059. S2CID  45619222. Получено 2020-01-08.
  29. ^ Джи, Юн; Гао, Юань; Чен, Хонг; Инь, Юэ; Чжан, Вэйчжэнь (2019-09-03). «Индол-3-уксусная кислота облегчает безалкогольную жировую болезнь печени у мышей за счет ослабления липогенеза печени и окислительного и воспалительного стресса». Питательные вещества. 11 (9): 2062. Дои:10.3390 / nu11092062. ISSN  2072-6643. ЧВК  6769627. PMID  31484323.
  30. ^ 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-сосудистое действие уремического растворенного вещества индол-3 уксусной кислоты». Журнал Американского общества нефрологов: JASN. 26 (4): 876–887. Дои:10.1681 / ASN.2013121283. ISSN  1533-3450. ЧВК  4378098. PMID  25145928.
  31. ^ 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. Дои:10.2131 / jts.30.165. PMID  16141651.
  32. ^ 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.
  33. ^ Уордман П. (2002). «Индол-3-уксусная кислота и пероксидаза хрена: новая комбинация пролекарства / фермента для направленной терапии рака». Curr. Pharm. Des. 8 (15): 1363–74. Дои:10.2174/1381612023394610. PMID  12052213.
  34. ^ Далмаццо Л.Ф., Сантана-Лемос Б.А., Хакомо Р.Х., Гарсия А.Б., Рего Е.М., да Фонсека Л.М., Фалькао Р.П. (2011). «Пероксидаза хрена, нацеленная на антитела, связанная с индол-3-уксусной кислотой, индуцирует апоптоз in vitro при гематологических злокачественных новообразованиях». Лейк. Res. 35 (5): 657–62. Дои: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. Дои:10.1182 / кровь-2014-01-492256. ЧВК  3990911. PMID  24578503.