Białka do zadań specjalnych w życiu człowieka, zwierząt i roślin
Organizmy ludzkie, zwierzęce oraz roślinne zasiedlające kulę ziemską są zbudowane z maleńkich „cegiełek” tzw. komórek. Najważniejszymi składnikami komórek są związki organiczne, takie jak: białka, lipidy i cukry.
Spośród wymienionych komórkowych komponentów to właśnie białkom przypisuje się szczególną rolę w tworzeniu i podtrzymywaniu życia na naszej planecie. Cząsteczki białek umożliwiają bowiem przebieg procesów wzrostowych, funkcjonalnych i naprawczych wszystkich żywych komórek.
Zagłębiając się w szczegóły związane z budową białek warto zaznaczyć, że podstawową jednostką budulcową tych wielkocząsteczkowych biopolimerów są aminokwasy.
Cząsteczki białek uformowane z połączonych liniowo i ułożonych w określonej kolejności aminokwasów, tworzą bardzo skomplikowane struktury przestrzenne (tzw. konformacje). Konformacja białek decyduje o charakterystycznych właściwościach tych substancji oraz ich biologicznych funkcjach pełnionych w organizmach żywych.
Rośliny są sprytniejsze niż można sobie wyobrazić
Co ciekawe, w przyrodzie istnieje ponad 300 różnych aminokwasów, lecz tylko 20 z nich stanowi składnik budulcowy białek (są to tzw. aminokwasy białkowe). Aminokwasy niebiałkowe (nie występujące w białkach) pełnią rolę metabolitów powstających w różnych reakcjach zachodzących w organizmach żywych. Niektóre z niebiałkowych aminokwasów są np. antybiotykami produkowanymi przez mikroorganizmy.
Białka pełnią niezwykle istotne funkcje we wszystkich żywych organizmach. Każda biologiczna błona otaczająca komórki roślinne, zwierzęce i ludzkie zawiera liczne białka strukturalne (funkcja budulcowa, strukturalna) oraz inne, które umożliwiają tym organizmom odbieranie bodźców docierających ze środowiska (funkcja receptorowa, sygnałowa). Białka umożliwiają również transport (funkcja transportowa) jonów oraz cząsteczek na małe odległości (formują specyficzne kanały umożliwiające np. transport jonów wapnia przez błony komórkowe), jak i duże dystanse (np. transport tlenu przez barwnik krwi - hemoglobinę).
Co więcej, funkcjonowanie żywych komórek jest regulowane także przez białka enzymatyczne i regulatorowe (funkcja regulatorowa). Enzymy uczestniczą m.in. w oddychaniu komórkowym, procesie podczas którego komórki wytwarzają niezbędną do życia energię. Inne białka, dzięki właściwościom przeciwutleniającym utrzymują tzw. równowagę oksydacyjno-redukcyjną i pomagają zwalczać reaktywne formy tlenu (tzw. ROS), które są przyczyną chorób i starzenia się komórek.
Dlaczego nasiona śpią?
W organizmach zwierzęcych i ludzkich skurcze mięśni byłyby niemożliwe bez białek (funkcja motoryczna). Białka mięśniowe zmieniając kształt powodują skurcze mięśni, umożliwiając tym samym ruch. Ponadto, hormony (będące także białkami) wytwarzane przez gruczoły dokrewne kontrolują różnorodne procesy; enzymy, takie jak: amylazy, lipazy, proteazy mają kluczowe znaczenie dla trawienia żywności; przeciwciała pomagają zwalczać infekcje; itp.
Białko odgrywa ważną rolę także w codziennym życiu ludzi i zwierząt. Jest uznawane za pierwszy składnik odżywczy, ponieważ żaden inny nie odgrywa tak wielu ról w utrzymywaniu zwierzęcego i ludzkiego organizmu przy życiu i zdrowiu. Odpowiednia ilość, jakość i funkcjonalność białek wpływa na prawidłowy wzrost i rozwój oraz regenerację uszkodzonych tkanek.
U roślin, białka mogą pełnić także funkcję zapasową np. zgromadzone wewnątrz komórek nasion (np. w ziarniakach zbóż w postaci ziaren aleuronowych i w nasionach roślin strączkowych) mogą być następnie zużyte podczas kiełkowania do pozyskania energii niezbędnej dla przebiegu tego procesu, a następnie dla wzrostu i rozwoju młodej rośliny. Z drugiej strony, białka zapasowe roślin strączkowych są jednym z głównych składników diety człowieka i zwierząt. Natomiast przy wyrobie białej mąki z ziarniaków zbóż, warstwa aleuronowa wraz z okrywą owocowo-nasienną jest oddzielana jako tzw. otręby, powszechnie wykorzystywane w zdrowym żywieniu ludzi.
Dlaczego nasiona noszą kolorowe kubraczki?
Należy podkreślić, że białka regulują także proces prowadzący do syntezy ich samych, jak również i innych białek we wszystkich żywych organizmach. Ponadto, utrzymanie równowagi wewnętrznej (tzw. homeostazy) w komórkach roślin, zwierząt i ludzi zależy od ilości oraz aktywności wielu różnych białek, modulowanych m.in. na poziomie ich wytwarzania, jak również rozkładu.
Powszechne mechanizmy działające w organizmach komórkowych, regulują syntezę białek także podczas procesów zachodzących w nasionach i/lub w odpowiedzi na bodźce środowiskowe (np. światło, temperatura). Pomimo tego, że wiadomo iż wiele białek regulatorowych (np. ARGONAUTE, AGO) uczestniczy w regulacji kluczowych procesów komórkowych, to wiedza o ich funkcji w fizjologii nasion jest niezwykle ograniczona.
Głównym wyzwaniem badań obecnie prowadzonych w zespole badawczym SeedExplorerGroup (www.seedexplorer.eu) kierowanym przez dr Krystynę Oracz, jest właśnie scharakteryzowanie biologicznej funkcji białek AGO w regulacji światło-zależnego kiełkowania nasion rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana), przedstawiciela roślin z rodziny kapustowatych (krzyżowe), do których należą m.in. rośliny użytkowe, takie jak np.: rzepak, gorczyca, rzeżucha, kapusta.
***
Licencjusze - Mateusz Banach i Jan Jędrzejewski realizują prace magisterskie w grupie badawczej SeedExplorerGroup, w Katedrze Fizjologii Roślin na Wydziale Rolnictwa i Biologii, Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Opiekunem naukowym w/w prac eksperymentalnych jest dr Krystyna Oracz - lider zespołu badawczego SeedExplorerGroup (www.seedexplorer.eu), w którym badana jest między innymi: rola białek ARGONAUTE w regulacji kiełkowania nasion.
Prace eksperymentalne prowadzone w zespole badawczym SeedExplorerGroup dotyczące analizy roli białek ARGONAUTE finansowane są przez grant naukowy OPUS12 Narodowego Centrum Nauki (nr 2016/23/B/NZ3/03147).
- Krok po kroku w zakresie doboru odmian, nawożenia i ochrony. Zamów prenumeratę miesięcznika "Nowoczesna Uprawa" już teraz
