Kyselina indol-3-octová - Indole-3-acetic acid

Kyselina indol-3-octová
Indol-3-ylacetic acid.svg
Jména
Název IUPAC
2-(1H-indol-3-yl) octová kyselina
Systematický název IUPAC
2-(1H-indol-3-yl) ethanová kyselina
Ostatní jména
Kyselina indol-3-octová,
kyselina indolyloctová,
1H-Indol-3-octová kyselina,
kyselina indoloctová,
heteroauxin,
IAA
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
DrugBank
Informační karta ECHA100.001.590 Upravte to na Wikidata
KEGG
UNII
Vlastnosti
C10H9NÓ2
Molární hmotnost175.187 g · mol−1
VzhledBílá pevná látka
Bod tání 168 až 170 ° C (334 až 338 ° F; 441 až 443 K)
nerozpustný ve vodě. Rozpustný v ethanolu na 50 mg / ml
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Kyselina indol-3-octová (IAA, 3-IAA) je nejčastější přirozeně se vyskytující rostlinný hormon z auxin třída. Je nejznámější z auxinů a byl předmětem rozsáhlých studií fyziologů rostlin.[1] IAA je derivát indol, obsahující karboxymethylový substituent. Je to bezbarvá pevná látka, která je rozpustná v polárních organických rozpouštědlech.

Biosyntéza

Hlavní článek: Auxin

IAA se převážně produkuje v buňkách vrcholu (pupen ) a velmi mladé listy a rostlina. Rostliny mohou syntetizovat IAA několika nezávislými biosyntetickými cestami. Čtyři z nich začínají od tryptofan, ale existuje také biosyntetická cesta nezávislá na tryptofanu.[2] Rostliny produkují hlavně IAA od tryptofanu až po kyselina indol-3-pyrohroznová.[3][4] IAA se také vyrábí z tryptofanu indol-3-acetaldoxim v Arabidopsis thaliana.[5]

U potkanů ​​je IAA produktem endogenního i tlustého mikrobiálního metabolismu ze stravy tryptofan spolu s tryptophol. Toto bylo poprvé pozorováno u potkanů ​​infikovaných Trypanosoma brucei gambiense.[6] Experiment z roku 2015 ukázal, že strava s vysokým obsahem tryptofanu může snížit sérové ​​hladiny IAA u myší, ale u lidí nemá konzumace bílkovin spolehlivě předvídatelný účinek na plazmatické hladiny IAA.[7] Je známo, že lidské buňky produkují IAA in vitro od padesátých let,[8] a gen kritické biosyntézy IL4I1 byl identifikován.[9][10]

Biologické účinky

Stejně jako všechny auxiny má IAA mnoho různých účinků, například indukci buňka prodloužení a buněčné dělení se všemi následnými výsledky pro růst a vývoj rostlin. Ve větším měřítku slouží IAA jako signální molekula nezbytná pro vývoj rostlinných orgánů a koordinaci růstu.

Regulace rostlinných genů

IAA vstupuje do jádra rostlinné buňky a váže se na proteinový komplex složený z a enzym aktivující ubikvitin (E1), a enzym konjugující s ubikvitinem (E2) a ubikvitin ligáza (E3), což má za následek ubikvitinace z Aux / IAA proteiny se zvýšenou rychlostí.[11] Na proteiny Aux / IAA se váží faktor reakce auxinu (ARF) proteiny, tvořící heterodimer, potlačující aktivitu ARF.[12] V roce 1997 bylo popsáno, jak se ARF váží na genové prvky pro reakci na auxin v promotorech regulovaných genů pro auxin, obecně aktivuje transkripci tohoto genu, když není vázán protein Aux / IAA.[13]

IAA inhibuje fotorespirační -závislá buněčná smrt ve fotorezistenci kataláza mutanti. To naznačuje roli signalizace auxinu v toleranci stresu.[14]

Bakteriální fyziologie

Produkce IAA je rozšířená mezi bakteriemi v životním prostředí, které obývají půdy, vody, ale také hostitele rostlin a zvířat. Distribuce a substrátová specificita zúčastněných enzymů naznačuje, že tyto dráhy hrají roli mimo interakce rostlin a mikrobů.[15] Enterobacter cloacae může produkovat IAA z aromatických aminokyselin a aminokyselin s rozvětveným řetězcem.[16]

Houbová symbióza

Houby mohou tvořit houbový plášť kolem kořenů vytrvalých rostlin zvaných ektomykorhiza. Houba specifická pro smrk Tricholoma vaccinum Bylo prokázáno, že produkuje IAA z tryptofanu a vylučuje jej ze svého hyfy. To vyvolalo větvení v kulturách a zesílilo se to Hartigova síť formace. Houba používá transportér Mte1 s více léčivy a toxickým vytlačováním (MATE).[17] Probíhá výzkum hub produkujících IAA na podporu růstu a ochrany rostlin v udržitelném zemědělství.[18]

Biosyntéza skatolu

Skatol, odorant ve stolici, se vyrábí z tryptofan pomocí kyseliny indoloctové. Dekarboxylace dává methylindol.[19][20]

Syntéza

Chemicky může být syntetizován reakcí indol s kyselina glykolová v přítomnosti báze při 250 ° C:[21]

Synthesis of indole-3-acetic acid.png

Alternativně byla sloučenina syntetizována pomocí Fischerova syntéza indolu použitím kyselina glutamová a fenylhydrazin.[22] Kyselina glutamová byla převedena na nezbytnou aldehyd přes Streckerova degradace.

Od jeho původní syntézy z indol-3-acetonitrilu bylo vyvinuto mnoho metod jeho syntézy.[23]

Historie a syntetické analogy

William Gladstone Tempelman studoval látky pro podporu růstu na Imperial Chemical Industries Ltd. Po 7 letech výzkumu změnil směr své studie, aby vyzkoušel stejné látky ve vysokých koncentracích, aby zastavil růst rostlin. V roce 1940 vydal své zjištění, že IAA zabila širokolisté rostliny v obilném poli.[24]

Hledání kyseliny s delším poločasem rozpadu, tj. Metabolicky a environmentálně stabilnější sloučeniny, vedlo k Kyselina 2,4-dichlorfenoxyoctová (2,4-D) a Kyselina 2,4,5-trichlorfenoxyoctová (2,4,5-T), oba fenoxy herbicidy a analogy IAA. Robert Pokorny, průmyslový chemik pro společnost C.B.Dolge Company v Westport, Connecticut zveřejnili jejich syntézu v roce 1941.[25]

Jiné méně nákladné syntetické auxin analogy na trhu pro použití v zahradnictví jsou kyselina indol-3-máselná (IBA) a Kyselina 1-naftalenoctová (NAA).[Citace je zapotřebí ]Při postřiku na dvoukvěté rostliny indukují rychlý nekontrolovaný růst a nakonec je zabijí. Poprvé představeny v roce 1946, tyto herbicidy byly široce používány v zemědělství do poloviny 50. let.[Citace je zapotřebí ]

Toxicita / účinky na zdraví savců

Byl proveden malý výzkum účinků IAA na člověka a údaje o toxicitě jsou omezené. Žádné údaje o karcinogenních účincích na člověka, teratogenní, nebo byly vytvořeny vývojové efekty.

IAA je uvedena v seznamu BL jako mutagenní pro savce somatické buňky, a případně karcinogenní na základě údajů o zvířatech. Na základě údajů o zvířatech může způsobit nepříznivé reprodukční účinky (fetotoxicitu) a vrozené vady. Žádné údaje o lidech od roku 2008.[26] Je uveden jako potenciální dráždivý prostředek pro kůži, oči a dýchací orgány a uživatelé jsou varováni, aby jej nespolkli. Protokoly pro požití, vdechování a vystavení pokožce / očí jsou standardem pro mírně jedovaté sloučeniny a zahrnují důkladné opláchnutí v případě pokožky a očí, čerstvý vzduch v případě vdechnutí a okamžitý kontakt s lékařem ve všech případech s cílem určit nejlepší postup. při požití nevyvolávat zvracení. The NFPA 704 Hodnocení zdravotního rizika pro IAA je 2, což označuje riziko dočasné ztráty pracovní schopnosti při intenzivní nebo dlouhodobé, ale nikoli chronické expozici, a možnost zbytkového poranění.[27] IAA je přímým ligandem aryl uhlovodíkový receptor,[28] a IAA ošetření myší naznačuje ochranné účinky na játra na modelu nealkoholické ztučnění jater.[29] Lidé mají obvykle v séru relativně vysoké hladiny IAA (~ 1 µM), ale u určitých chorobných stavů to může být dále zvýšeno a může to být špatný prognostický ukazatel pro kardiovaskulární zdraví.[30] Zda tato IAA pochází z endogenní biosyntézy prostřednictvím IL4I1 nebo střeva mikrobiota není známo.

Vývojová toxicita

IAA vyrábí mikrocefalie u potkanů ​​v rané fázi vývoje mozkové kůry. IAA snížila pohybové aktivity embryí / plodů potkanů; léčba IAA a analogem 1 (methyl) -IAA vedla k apoptóze neuroepiteliálních buněk a významně snížila velikost mozku v poměru k tělesné hmotnosti u embryonálních potkanů.[31]

Imunotoxin

IAA je apoptóza -indukující ligand u savců. Od roku 2010 se dráhy přenosu signálu jsou následující: Aktivuje se IAA / HRP proteinové kinázy aktivované mitogenem p38 a c-Jun N-terminální kinázy. To vyvolává kaspáza-8 a kaspáza-9, jehož výsledkem je kaspáza-3 aktivace a poly (adp-ribóza) polymerázy výstřih.[32]

V roce 2002 se předpokládalo, že IAA bude spojena s křenová peroxidáza (HRP) lze použít při cílené léčbě rakoviny. Molekuly radikálu-IAA by se připojily k buňkám označeným HRP a reaktivní buňky HRP by byly selektivně usmrceny.[33] V roce 2010 in vitro experimenty prokázaly tento koncept IAA jako imunotoxin při použití v preklinických studiích cílené léčby rakoviny, protože vyvolala apoptózu v močovém měchýři[32] a při hematologických malignitách.[34]

Reference

  1. ^ Simon, Sibu; Petrášek, Jan (2011). „Proč rostliny potřebují více než jeden druh auxinu“. Plant Science. 180 (3): 454–60. doi:10.1016 / j.plantsci.2010.12.007. PMID  21421392.
  2. ^ Zhao, Yunde (2010). „Biosyntéza auxinu a její role ve vývoji rostlin“. Roční přehled biologie rostlin. 61: 49–64. doi:10.1146 / annurev-arplant-042809-112308. PMC  3070418. PMID  20192736.
  3. ^ Mashiguchi, Kiyoshi; Tanaka, Keita; Sakai, Tatsuya; Sugawara, Satoko; Kawaide, Hiroši; Natsume, Masahiro; Hanada, Atsushi; Yaeno, Takashi; et al. (2011). „Hlavní cesta biosyntézy auxinu v Arabidopsis“. Sborník Národní akademie věd. 108 (45): 18512–7. Bibcode:2011PNAS..10818512M. doi:10.1073 / pnas.1108434108. PMC  3215075. PMID  22025724.
  4. ^ Vyhrál, Christina; Shen, Xiangling; Mashiguchi, Kiyoshi; Zheng, Zuyu; Dai, Xinhua; Cheng, Youfa; Kasahara, Hiroyuki; Kamiya, Yuji; et al. (2011). „Konverze tryptofanu na kyselinu indol-3-octovou pomocí TRYPTOPHAN AMINOTRANSFERASES ARABIDOPSIS a YUCCA v Arabidopsis“. Sborník Národní akademie věd. 108 (45): 18518–23. Bibcode:2011PNAS..10818518W. doi:10.1073 / pnas.1108436108. PMC  3215067. PMID  22025721.
  5. ^ Sugawara, Satoko; Hishiyama, Shojiro; Jikumaru, Yusuke; Hanada, Atsushi; Nishimura, Takeshi; Koshiba, Tomokazu; Zhao, Yunde; Kamiya, Yuji; Kasahara, Hiroyuki (2009). „Biochemické analýzy biosyntézy auxinu závislé na indol-3-acetaldoximu u Arabidopsis“. Sborník Národní akademie věd. 106 (13): 5430–5. Bibcode:2009PNAS..106,5430S. doi:10.1073 / pnas.0811226106. JSTOR  40455212. PMC  2664063. PMID  19279202.
  6. ^ Howard Stibbs Henry; Richard Seed John (1975). „Krátkodobý metabolismus [14C] tryptofanu u potkanů ​​infikovaných Trypanosoma brucei gambiense“. J Infect Dis. 131 (4): 459–462. doi:10.1093 / infdis / 131.4.459. PMID  1117200.
  7. ^ Poesen R, Mutsaers HA a kol. (Říjen 2015). „Vliv příjmu bílkovin ve stravě na savčí tryptofan a fenolové metabolity“. PLOS ONE. 10 (10): e0140820. Bibcode:2015PLoSO..1040820P. doi:10.1371 / journal.pone.0140820. PMC  4607412. PMID  26469515.
  8. ^ Weissbach, H .; King, W .; Sjoerdsma, A .; Udenfriend, S. (leden 1959). „Tvorba kyseliny indol-3-octové a tryptaminu u zvířat: metoda pro stanovení kyseliny indol-3-octové v tkáních“. The Journal of Biological Chemistry. 234 (1): 81–86. ISSN  0021-9258. PMID  13610897.
  9. ^ Zhang, Xia; Gan, Min; Li, Jingyun; Li, Hui; Su, Meicheng; Tan, Dongfei; Wang, Shaolei; Jia, Man; Zhang, Liguo; Chen, Gang (2020-08-31). "Endogenní cesta indolpyruvátu pro metabolismus tryptofanu zprostředkovaná IL4I1". Journal of Agricultural and Food Chemistry. doi:10.1021 / acs.jafc.0c03735. ISSN  1520-5118. PMID  32866000.
  10. ^ Sadik, Ahmed; Somarribas Patterson, Luis F .; Öztürk, Selcen; Mohapatra, Soumya R .; Panitz, Verena; Secker, Philipp F .; Pfänder, Pauline; Loth, Stefanie; Salem, Heba; Prentzell, Mirja Tamara; Berdel, Bianca; Iskar, Murat; Faessler, Erik; Reuter, Friederike; Kirst, Isabelle; Kalter, Verena; Foerster, Kathrin I .; Jäger, Evelyn; Guevara, Carina Ramallo; Sobeh, Mansour; Hielscher, Thomas; Poschet, Gernot; Reinhardt, Annekathrin; Hassel, Jessica C .; Zapatka, Marc; Hahn, Udo; von Deimling, Andreas; Hopf, Carsten; Schlichting, Rita; Escher, Beate I .; Burhenne, Jürgen; Haefeli, Walter E .; Ishaque, Naveed; Böhme, Alexander; Schäuble, Sascha; Thedieck, Kathrin; Trump, Saskia; Seiffert, Martina; Opitz, Christiane A. (2020-08-17). „IL4I1 je metabolický imunitní kontrolní bod, který aktivuje AHR a podporuje progresi nádoru“. Buňka. 182 (5): 1252–1270.e34. doi:10.1016 / j.cell.2020.07.038. ISSN  1097-4172. PMID  32818467. S2CID  221179265.
  11. ^ Pekker, MD; Deshaies, RJ (2005). "Funkce a regulace ubikvitinových ligáz cullin-RING" (PDF). Rostlinná buňka. 6 (1): 9–20. doi:10.1038 / nrm1547. PMID  15688063. S2CID  24159190.
  12. ^ Tiwari, SB; Hagen, G; Guilfoyle, TJ (2004). „Aux / IAA proteiny obsahují silnou transkripční represivní doménu“. Rostlinná buňka. 16 (2): 533–43. doi:10.1105 / tpc.017384. PMC  341922. PMID  14742873.
  13. ^ Ulmasov, T; Hagen, G; Guilfoyle, TJ (1997). "ARF1, transkripční faktor, který se váže na prvky reakce auxinu". Věda. 276 (5320): 1865–68. doi:10.1126 / science.276.5320.1865. PMID  9188533.
  14. ^ Kerchev P, Muhlenbock P, Denecker J, Morreel K, Hoeberichts FA, van der Kelen K, Vandorpe M, Nguyen L, Audenaert D, van Breusegem F (únor 2015). „Aktivace auxinové signalizace působí proti fotorespirační smrti buněk závislých na H2O2“. Plant Cell Environ. 38 (2): 253–65. doi:10.1111 / pce.12250. PMID  26317137.
  15. ^ Patten CL, Blakney AJ, Coulson TJ (listopad 2013). "Aktivita, distribuce a funkce biosyntetických drah kyseliny indol-3-octové v bakteriích". Crit Rev Microbiol. 39 (4): 395–415. doi:10.3109 / 1040841X.2012.716819. PMID  22978761. S2CID  22123626.
  16. ^ Parsons CV, Harris DM, Patten CL a kol. (Září 2015). „Regulace biosyntézy indol-3-octové kyseliny aminokyselinami s rozvětveným řetězcem v Enterobacter cloacae UW5“. FEMS Microbiol Lett. 362 (18): fnv153. doi:10.1093 / femsle / fnv153. PMID  26347301.
  17. ^ Krause K, Henke C, Asiimwe T, Ulbricht A, Klemmer S, Schachtschabel D, Boland W, Kothe E (říjen 2015). „Biosyntéza a sekrece kyseliny indol-3-octové a její morfologické účinky na tricholoma vaccinum-smrk ektomykorhiza“. Appl Environ Microbiol. 81 (20): 7003–11. doi:10.1128 / AEM.01991-15. PMC  4579454. PMID  26231639.
  18. ^ Fu SF, Wei JY, Chen HW, Liu YY, Lu HY, Chou JY (srpen 2015). „Kyselina indol-3-octová: rozšířený fyziologický kód v interakcích hub s jinými organismy“. Plant Signal Behav. 10 (8): e1048052. doi:10.1080/15592324.2015.1048052. PMC  4623019. PMID  26179718.
  19. ^ Whitehead, T. R .; Price, N. P .; Drake, H.L .; Cotta, M. A. (25. ledna 2008). „Katabolická cesta pro produkci skatolu a kyseliny indoloctové pomocí acetogenu Clostridium drakei, Clostridium scatologenes a vepřového hnoje“. Americká společnost pro mikrobiologii: Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 74 (6): 1950–3. doi:10.1128 / AEM.02458-07. PMC  2268313. PMID  18223109.
  20. ^ Yokoyama, M. T .; Carlson, J. R. (1979). "Mikrobiální metabolity tryptofanu ve střevním traktu se zvláštním zřetelem na skatol". American Journal of Clinical Nutrition. 32 (1): 173–178. doi:10.1093 / ajcn / 32.1.173. PMID  367144.
  21. ^ Johnson, Herbert E .; Crosby, Donald G. (1964). "Kyselina indol-3-octová". Organické syntézy. 44: 64.; Kolektivní objem, 5, str. 654
  22. ^ Fox, Sidney W .; Bullock, Milon W. (1951). "Syntéza kyseliny indoleactové z kyseliny glutamové a navrhovaný mechanismus pro přeměnu". Journal of the American Chemical Society. 73 (6): 2754–2755. doi:10.1021 / ja01150a094.
  23. ^ Majima, Riko; Hoshino, Toshio (1925). „Synthetische Versuche in der Indol-Gruppe, VI .: Eine neue Synthese von β-Indolyl-alkylaminen“. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (řada A a B). 58 (9): 2042–6. doi:10,1002 / cber.19250580917.
  24. ^ Templeman W. G .; Marmoy C. J. (2008). „Účinek na růst zalévání rostlin roztoky rostlinných růstových látek a obvazů semen obsahujících tyto materiály“. Annals of Applied Biology. 27 (4): 453–471. doi:10.1111 / j.1744-7348.1940 (neaktivní 10. 9. 2020).CS1 maint: DOI neaktivní od září 2020 (odkaz)
  25. ^ Pokorny Robert (1941). "Nové sloučeniny. Některé kyseliny chlorofenoxyoctové". J. Am. Chem. Soc. 63 (6): 1768. doi:10.1021 / ja01851a601.
  26. ^ "Kyselina lH-indol-3-octová" Registr toxických účinků chemických látek (RTECS). Poslední aktualizace stránky: 8. listopadu 2017.
  27. ^ „Kyselina indol-3-octová: Bezpečnostní list materiálu.“ Listopadu 2008.
  28. ^ Miller, Charles A. (1997-12-26). "Vyjádření komplexu lidského arylovodíkového receptoru v kvasnicích AKTIVACE PŘEPRAVU INDOLOVANÝMI SLOUČENINAMI". Journal of Biological Chemistry. 272 (52): 32824–32829. doi:10.1074 / jbc.272.52.32824. ISSN  1083-351X. PMID  9407059. S2CID  45619222. Citováno 2020-01-08.
  29. ^ Ji, Yun; Gao, Yuan; Chen, Hong; Yin, Yue; Zhang, Weizhen (2019-09-03). „Kyselina indol-3-octová zmírňuje nealkoholické mastné onemocnění jater u myší prostřednictvím útlumu jaterní lipogeneze a oxidačního a zánětlivého stresu“. Živiny. 11 (9): 2062. doi:10,3390 / nu11092062. ISSN  2072-6643. PMC  6769627. PMID  31484323.
  30. ^ Dou, Laetitia; Sallée, Marion; Cerini, Claire; Poitevin, Stéphane; Gondouin, Bertrand; Jourde-Chiche, Noemie; Fallague, Karim; Brunet, Philippe; Calaf, Raymond; Dussol, Bertrand; Mallet, Bernard; Dignat-George, Françoise; Burtey, Stephane (duben 2015). „Kardiovaskulární účinek uremické rozpuštěné kyseliny indol-3 octové“. Časopis Americké nefrologické společnosti: JASN. 26 (4): 876–887. doi:10.1681 / ASN.2013121283. ISSN  1533-3450. PMC  4378098. PMID  25145928.
  31. ^ Furukawa, satoshi; Usuda, Koji; Abe, Masayoshi; Ogawa, Izumi (2005). "Vliv derivátů kyseliny indol-3-octové na neuroepitel v krysích embryích". The Journal of Toxicological Sciences. 30 (3): 165–74. doi:10.2131 / jts.30.165. PMID  16141651.
  32. ^ A b Jeong YM, Oh MH, Kim SY, Li H, Yun HY, Baek KJ, Kwon NS, Kim WY, Kim DS (2010). „Indol-3-octová kyselina / křenová peroxidáza indukuje apoptózu v TCCSUP buňkách lidského karcinomu močového měchýře“. Pharmazie. 65 (2): 122–6. PMID  20225657.
  33. ^ Wardman P (2002). „Indol-3-octové kyseliny a křenová peroxidáza: nová kombinace proléčiva / enzymu pro cílenou léčbu rakoviny“. Curr. Pharm. Des. 8 (15): 1363–74. doi:10.2174/1381612023394610. PMID  12052213.
  34. ^ Dalmazzo LF, Santana-Lemos BA, Jácomo RH, Garcia AB, Rego EM, da Fonseca LM, Falcão RP (2011). „Protilátka zaměřená na křenovou peroxidázu spojenou s kyselinou indol-3-octovou indukuje apoptózu in vitro u hematologických malignit“. Leuku. Res. 35 (5): 657–62. doi:10.1016 / j.leukres.2010.11.025. PMID  21168913. citováno v: Wayne AS, Fitzgerald DJ, Kreitman RJ, Pastan I (2014). „Imunotoxiny pro leukémii“. Krev. 123 (16): 2470–7. doi:10.1182 / krev-2014-01-492256. PMC  3990911. PMID  24578503.