Glutation - niewielka cząsteczka o wielkim znaczeniu

Reaktywne formy tlenu (ROS) są cząsteczkami, które z jednej strony biorą udział w przekazywaniu sygnałów w komórce, a z drugiej ich nadmiar może powodować stres oksydacyjny i prowadzić do uszkodzeń elementów komórki np. DNA, lipidów, białek, a w efekcie śmierci komórki. ROS powstają w komórkach wszystkich organizmów w procesie oddychania mitochondrialnego.

U roślin natomiast głównym źródłem ROS jest fotosynteza. ROS powstają gdy elektrony przenoszone są na cząsteczkę tlenu, ale nie dochodzi do jej pełnej redukcji i powstania cząsteczki wody. Do ROS należą: nadtlenek wodoru (potocznie nazywany wodą utlenioną, H₂O₂), anionorodnik ponadtlenkowy (O₂^•-) i rodnik hydroksylowy (OH^•).

"Zmiatacze" ROS dobre dla wszystkich

Zdecydowaną większość organizmów żywych zasiedlających kulę ziemską stanowią organizmy tlenowe, takie jak: człowiek, zwierzęta i rośliny, wykorzystujące tlen w procesach oddechowych do wytworzenia energii. Produktem ubocznym metabolizmu...

czytaj więcej

ROS odgrywają rolę pozytywną i negatywną, zatem ich stężenie musi podlegać ścisłej kontroli. W regulacji stężenia ROS bierze udział komórkowy system antyoksydacyjny. Jego wydajne działanie sprawia, że ROS w niskich stężeniach mogą pełnić rolę cząsteczek sygnałowych w reakcji roślin na niekorzystne czynniki środowiska takie jak np. susza, obecność metali ciężkich czy atak patogenów.  Zadaniem systemu antyoksydacyjnego jest utrzymanie stężenia ROS na poziomie warunkującym przekazanie informacji (sygnału), przy jednoczesnym zabezpieczeniu komórek przed negatywnymi skutkami nagromadzania ROS.

W skład systemu antyoksydacyjnego wchodzą przeciwutleniacze, nazywane czasami zmiataczami. Można je podzielić na dwie kategorie: enzymatyczne i nieenzymatyczne. Wśród przeciwutleniaczy enzymatycznych wyróżniamy np. dysmutazę ponadtlenkową, katalazę, peroksydazę glutationową. Natomiast do przeciwutleniaczy nieenzymatycznych (cząsteczkowych) zalicza się: witaminę A, witaminę C (kwas askorbinowy), witaminę E, karoten oraz glutation.

Dobre i złe oblicza światła słonecznego

Wygląd i funkcjonowanie wszystkich organizmów ziemskich (wodnych i lądowych) determinowane są przez informację genetyczną zawartą w każdej komórce (geny) oraz środowisko, w którym się rozwijają. Spośród wielu...

czytaj więcej

Glutation jest związkiem składającym się z trzech aminokwasów, jest więc tripeptydem. Występuje w komórkach w dużych stężeniach (rzędu kilku-kilkunastu milimoli w litrze). Jego całkowity brak w organizmie prowadzi do śmierci. Farmakologicznie wywołany deficyt glutationu u młodych ssaków (świnek morskich i szczurów) prowadził do uszkodzeń wielu organów wewnętrznych i w rezultacie do śmierci. Mutanty rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana) modelowego organizmu w świecie roślin, niezdolne do syntezy pierwszego enzymu szlaku biosyntezy glutationu wykształcały nasiona, których zarodki były nieżywotne. Glutation występuje w dwóch formach - zredukowanej (GSH) oraz utlenionej (GSSG).  W warunkach fizjologicznych w komórkach przeważa glutation w formie zredukowanej, którego średnio jest nawet 20 razy więcej niż glutationu w formie utlenionej.

Wartość stosunku GSH/GSSG jest głównym wyznacznikiem stresu oksydacyjnego, bo to glutation w formie zredukowanej wykazuje działanie antyoksydacyjne. Glutation w formie zredukowanej odpowiada za detoksykację H₂O₂ i utlenionych lipidów, co zachodzi przez bezpośrednią reakcję z utleniaczami lub w wyniku przemiany biochemicznej katalizowanej przez np. peroksydazę glutationową. Glutation jest również konieczny dla funkcjonowania enzymów (np. transferazy S-glutationowej) odpowiadających za  detoksykację szkodliwych substancji. Ponadto uczestniczy w przekazywaniu informacji w komórkach poprzez modyfikację ekspresji niektórych genów.

Naukowcy szukają sposobów na suszę i modyfikują nasiona

Według prognoz ONZ do połowy stulecia rolnictwo będzie musiało wykarmić już około 10 miliardów ludzi. Dlatego biotechnologia poszukuje takich nasion i odmian, które byłyby bardziej odporne na suszę i zmiany klimatyczne. W badaniach...

czytaj więcej

W ramach projektu finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki - Preludium 12, nr 2016/23/N/NZ9/00264, realizowanego w Katedrze Fizjologii Roślin Wydziału Rolnictwa i Biologii w Szkole Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie prowadzone są badania dotyczące wpływu jednego z niebiałkowych aminokwasów (meta-tyrozyny) na funkcjonowanie w roślinach systemu antyoksydacyjnego, w szczególności tych jego elementów, które wymagają  obecności glutationu. meta-Tyrozyna jest toksycznym związkiem produkowanym przez trawy z rodzaju kostrzew i uwalnianym do środowiska w postaci wydzielin korzeniowych. W wyniku jej działania dochodzi do zahamowania wzrostu roślin sąsiadujących i indukcji stresu oksydacyjnego. Opisanie roli jaką odgrywa glutation w regulacji odpowiedzi roślin na meta-tyrozynę pozwoli na lepsze poznanie znaczenia cząsteczkowych przeciwutleniaczy (glutationu) w regulacji wzrostu i rozwoju roślin.

***

dr Olga Andrzejczak jest pracownikiem Katedry Fizjologii Roślin Wydziału Rolnictwa i Biologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, oraz kierownikiem projektu finansowanego przez NCN, Preludium 12 nr 2016/23/N/NZ9/00264. Dr hab. Agnieszka Gniazdowska jest pracownikiem naukowo-dydaktycznym Wydziału Rolnictwa i Biologii, zajmuje się badaniem metabolizmu reaktywnych form tlenu i azotu w organizmach roślinnych.

• Agrobiznes bez tajemnic. Zamów prenumeratę miesięcznika "Przedsiębiorca Rolny" już dziś