Проиндол — индол-3-уксусная кислота¶

Проиндол (проиндол-3-уксусная кислота, ПИУК, IUPAC: 2-(1H-индол-3-ил)уксусная кислота) — естественный метаболит триптофана, представляющий собой предшественник индол-3-уксусной кислоты (ИУК) — основного растительного ауксина. Химическая формула — C₁₀H₉NO₂, молярная масса — 175,18 г/моль. В отличие от ИУК, проиндол не обладает значительной ауксиновой активностью, однако в растениях и микроорганизмах служит ключевым промежуточным соединением в биосинтезе ИУК и ряда других индольных метаболитов.

¶Химические свойства

Проиндол относится к классу индольных карбоновых кислот. Молекула содержит индольное ядро с карбоксиметильной группой в положении 3, но, в отличие от ИУК, карбоксильная группа отделена от индольного кольца дополнительным метиленовым звеном (—CH₂—). Это структурное отличие принципиально: именно оно определяет низкую ауксиновую активность проиндола, поскольку эффективное связывание с ауксиновым рецептором TIR1 требует непосредственной близости карбоксильной группы к ароматическому ядру.

Проиндол устойчив в кислых растворах, но проявляет склонность к декарбоксилированию с образованием индола при нагревании в щелочной среде. В лабораторной практике используется как прекурсор при синтезе ИУК и родственных соединений.

¶Биосинтез и метаболизм

В растениях проиндол образуется в ходе перестройки боковой цепи триптофана. Основные пути его образования включают:

1. Пероксидазный путь — окислительное дезаминирование триптофана с участием пероксидаз и последующим восстановлением.
2. Индол-пируватный путь — трансаминирование триптофана в индол-3-пируват под действием аминотрансфераз, с последующим окислительным декарбоксилированием.
3. Индол-3-ацетонитрильный путь — характерный прежде всего для семейства крестоцветных (Brassicaceae), где триптофан превращается в индол-3-ацетонитрил, а затем в ИУК через проиндол-3-ацетонитрил.

В ряде бактерий (прежде всего Azospirillum, Enterobacter, Bacillus) проиндол выделяется в среду как основной метаболит триптофана и может накапливаться в концентрациях, значимых для роста растений. Именно с проиндолом связано стимулирующее действие бактериальных штаммов, используемых в качестве азотфиксирующих и ризосферных инокулянтов.

¶Роль в растениях

Проиндол сам по себе проявляет лишь слабую ауксиновую активность (порядка 1–2 % от активности ИУК в стандартных биопробах на кольца стебля или рост корней люпина). Однако он выполняет важные функции:

• служит метаболическим резервом ИУК: в тканях растений проиндол может быть обратимо преобразован в ИУК ферментами индолпируватдегидрогеназного типа;
• участвует в защите от стресса: накопление проиндола наблюдается при УФ-облучении, дефиците воды и засолении;
• входит в состав группы индолных сигнальных молекул, модулирующих рост корней и взаимодействие с симбионтными микроорганизмами.

В некоторых исследованиях показано, что exогенное введение проиндола в концентрациях 10⁻⁵–10⁻⁴ М стимулирует образование боковых корней у томата и риса, хотя механизм этого эффекта остаётся дискуссионным.

¶Проиндол в микробиологии

Для микробиологов проиндол является важным метаболическим маркером: способность ряда бактерий семейства Enterobacteriaceae к образованию индола из триптофана (так называемая индол-позитивная реакция) используется в дифференциально-диагностических средах, например в среде Симмонса. Хотя в этой реакции конечным продуктом выступает индол, проиндол-3-уксусная кислота является одним из промежуточных метаболитов.

Бактерии ризосферы (Azospirillum brasilense, Azotobacter, Pseudomonas fluorescens) секретируют проиндол, который затем трансформируется в ИУК в ризосфере или в самих корневых тканях. Этот механизм лежит в основе симбиотического взаимодействия «микроорганизм — растение» и используется в сельском хозяйстве при разработке биопрепаратов.

¶Применение

Проиндол применяется в следующих областях:

• Растениеводство — как компонент стимуляторов корнеобразования и регуляторов роста, в том числе в составе препаратов на основе ризобактерий;
• Лабораторная биохимия — как прекурсор при синтезе ИУК и индольных алкалоидов;
• Аналитическая химия — как стандартное соединение при хроматографическом определении индольных метаболитов в растительных экстрактах и бактериальных культурах.

¶История

Проиндол был впервые выделен из бактериальных культур в 1930-х годах в ходе изучения ауксиновой активности экстрактов Agrobacterium tumefaciens. В 1950-е годы Т. Овербек и другие исследователи установили его присутствие в растительных тканях и предложили считать его промежуточным продуктом биосинтеза ИУК. В 1970-е годы были описаны ферментативные системы, катализирующие превращение проиндола в ИУК.

¶Источники

• Kende H., Zeevaart J. A. D. The Five «Classical» Plant Hormones // The Plant Cell. 1997.
• Woodward A. W., Bartel B. Auxin: Regulation, Action, and Interaction // Annals of Botany. 2005.
• Spaepen S., Vanderleyden J., Remans R. Indole-3-acetic acid in microbial and microorganism-plant signaling // FEMS Microbiology Reviews. 2007.
• Zhao Y. Auxin Biosynthesis: A Simple Two-Step Pathway Converts Tryptophan to Indole-3-pyruvic Acid in Plants // Molecular Plant. 2012.
• Kögl F., Haagen-Smit A. J. Über die Auxinwirkung bei Pflanzengeweben // Hoppe-Seyler's Zeitschrift für physiologische Chemie. 1931.