"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 tlenowego u tych organizmów są między innymi tzw. reaktywne formy tlenu (ang. Reactive Oxygen Species, ROS), których wysoki poziom w komórce może prowadzić do powstania tak zwanego stresu oksydacyjnego.
ROS, znane ze szkodliwego w skutkach działania, doprowadzają do szeregu niekorzystnych zmian w wyniku utleniania składników komórkowych m.in. uszkadzają DNA, białka i tłuszcze. Tego rodzaju modyfikacje są bardzo niekorzystne, ponieważ prowadzą do uszkodzenia struktur błon komórkowych otaczających komórkę, jak również znajdujące się w jej wnętrzu poszczególne organelle. W skrajnych przypadkach takie reakcje prowadzą do śmierci komórki a nawet całego organizmu.
Rośliny są sprytniejsze niż można sobie wyobrazić
Zarówno w komórkach ludzkich, zwierzęcych, jak i roślinnych występuje tzw. system antyoksydacyjny, odpowiedzialny za “zmiatanie” ROS i utrzymywanie ich na bezpiecznym poziomie. W systemie antyoksydacyjnym wyróżniamy składniki: enzymatyczne (enzymy, takie jak: katalaza, reduktaza glutationowa, dysmutaza ponadtlenkowa itp.) oraz cząsteczkowe, nieenzymatyczne (np. tokochromanole - witamina E i jej pochodne, kwas askorbinowy - witamina C, karotenoidy - prekursory witaminy A oraz związki fenolowe).
W przypadku ludzi i zwierząt większość witamin musi zostać dostarczona z pożywieniem, ponieważ organizmy te nie mają zdolności do produkowania wielu z nich. Natomiast komórki roślinne posiadają zdolność wytwarzania antyoksydantów = przeciwutleniaczy, takich jak w/w witaminy.
Dlatego też bogatym źródłem witamin są owoce i warzywa, ziarna zbóż i nasiona roślin strączkowych i produkowane z nich produkty spożywcze. Ludzie mogą dodatkowo dostarczać antyoksydanty pijąc herbatę, kawę, czerwone wino, piwo, a także stosując zioła i przyprawy. Wyniki badań wskazują, że dieta bogata w witaminy wykazujące właściwości antyoksydacyjne i związki fenolowe może zmniejszyć ryzyko występowania niektórych chorób, takich jak: choroba Alzheimera i Parkinsona, a także chorób nowotworowych oraz układu sercowo-naczyniowego.
Dlaczego nasiona śpią?
Co więcej, obecność przeciwutleniaczy w diecie jest ważnym elementem żywienia również zwierząt gospodarskich. Badania naukowe wykazały, iż niedostateczna ilość antyoksydantów, głównie witaminy E w pożywieniu może przyczyniać się do chorób układu nerwowego oraz uszkodzenia tkanki mięśniowej serca i narządów ruchu, jak również negatywnie wpływać na zdolności rozrodcze zwierząt.
Także w przypadku roślin antyoksydanty pełnią rolę ochronną przed szkodliwym działaniem ROS. Wykazano, że szczególne znaczenie ochronne odgrywają one podczas oddziaływania czynników stresowych lub, tak jak to ma miejsce w suchych nasionach (przechowywanych po zbiorze), w których to zbyt niska zawartość wody uniemożliwia działanie jakichkolwiek enzymów usuwających ROS.
Zebrane nasiona użytkowe o niskim stanie uwodnienie charakteryzują się bardzo niską aktywnością metaboliczną dzięki czemu jest możliwe ich przechowywanie w suchych warunkach i obniżonej temperaturze przez długi okres czasu. Należy jednak zwrócić uwagę na to, że podczas wydłużającego się czasu przechowywania pozbiorczego, nasiona często tracą wigor, a w efekcie potem słabiej kiełkują. Dzieje się tak między innymi wskutek wzrostu poziomu ROS w komórkach nasion, które m.in. uszkadzają struktury komórkowe prowadząc do tzw. starzenia się nasion.
„Dzień Doktoranta” na Wydziale Rolnictwa i Biologii SGGW w Warszawie
Dlatego też nasiona wielu gatunków roślin, w tym także użytkowych, takich jak np. słonecznika, dyni czy orzechów posiadają jedne wysoką zawartość witaminy E. Badania prowadzone przez naukowców wykazały, że poprzez pomiar ilości poszczególnych antyoksydantów możemy w prosty sposób określić żywotność nasion. Tego typu pomiary mogłyby stanowić uzupełnienie tradycyjnych testów kiełkowania wykorzystywanych przy ocenie żywotności nasion.
Wszystkie powyższe informacje dowodzą, że witaminy pełnią niezwykle ważną funkcję w „zmiataniu” ROS. Zapewniają one utrzymanie homeostazy (bezpiecznego poziomu) ROS w komórkach roślin, zwierząt oraz człowieka, dzięki czemu umożliwiają prawidłowy rozwój i funkcjonowanie tych organizmów tlenowych. Co więcej, zawartość witamin w nasionach ma również istotne znaczenie dla wydłużenia okresu ich przechowywania.
***
Julia Zdzieszyńska i inż. Ewa Walczuk realizują prace magisterskie, natomiast mgr inż. Marlena Stawska pracę doktorską 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 reaktywnych form tlenu oraz działanie systemu antyoksydacyjnego podczas kiełkowania nasion.
Prace eksperymentalne prowadzone w zespole badawczym SeedExplorerGroup finansowane są przez granty naukowe Narodowego Centrum Nauki (SONATA2 UMO-2011/03/D/NZ9/04059) oraz Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej (HOMING PLUS/2012-5/10).
