Co łączy trawnik do gry w golfa z chorobą Alzheimera i cukrzycą?

Zobacz galerię (1)

Sąsiadujące ze sobą rośliny oddziałują wzajemnie nie tylko poprzez konkurencję o światło, wodę lub składniki pokarmowe, ale także wykorzystują wyrafinowaną broń chemiczną.

Zdolne są bowiem do wydzielania do środowiska różnych związków chemicznych (związków allelopatycznych, allelotoksyn), wywołujących korzystny lub negatywny wpływ na sąsiadów.

Z uwagi na ostateczny efekt działania takich substancji, objawiający się ograniczeniem wzrostu, a nawet śmiercią roślin sąsiadujących, oddziaływania negatywne są najczęściej obserwowane i najczęściej badane.

Związki allelopatyczne należą do różnych grup chemicznych. W ostatnim 20-leciu wykazano, że znajdują się wśród nich także niebiałkowe aminokwasy. Generalnie wyróżnia się 20 typowych aminokwasów, z których jak z cegiełek zbudowane są białka wszystkich organizmów roślinnych i zwierzęcych.

Jednak obok tzw. wielkiej dwudziestki funkcjonuje ponad 200 innych aminokwasów, które są syntetyzowane przez różne rośliny i których rola jest inna niż tworzenie funkcjonalnych białek. Niektóre z nich są trujące dla owadów roślinożernych, pełnią ważne funkcje jako produkty pośrednie kluczowych przemian biologicznych, są przekaźnikami informacji.

Do grupy takich niebiałkowych aminokwasów należy meta-tyrozyna, która jest strukturalnym odpowiednikiem białkowego aminokwasu – fenyloalaniny.

Jest ona produkowana w korzeniach roślin z rodzaju kostrzew – popularnych traw stosowanych do zakładania boisk i pól golfowych. Wcześniejsze badania prowadzone w USA wykazały, że jest to związek, który jest wydzielany do gleby przez korzenie kostrzew i charakteryzuje się silnie toksycznym działaniem w stosunku do wielu roślin, szczególnie gatunków dwuliściennych.

Interesujący jest także fakt, że meta-tyrozyna w komórkach zwierzęcych, w tym także u ludzi jest uznawana za znacznik (marker) stresu oksydacyjnego, związanego ze zwiększoną produkcją i akumulacją reaktywnych form tlenu.

Reaktywne formy tlenu to "bracia" i "siostry" cząsteczki tlenu, które powstają w komórkach wszystkich organizmów w procesach np. oddychania i/lub fotosyntezy, gdy elektrony przenoszone są na cząsteczkę tlenu (gdy na tlen przeniesione są 4 elektrony powstaje cząsteczka wody, ale nie zawsze tak jest, wówczas tworzą się reaktywne formy tlenu).

Wysokie stężenie meta-tyrozyny jest charakterystyczne dla osób cierpiących na chorobę Alzheimera, cukrzycę lub miażdżycę, dlatego ważne jest poznanie mechanizmu działania tego niebiałkowego aminokwasu.

Od kilku lat w Katedrze Fizjologii Roślin Wydziału Rolnictwa i Biologii SGGW w Warszawie prowadzone są badania dotyczące biochemicznych mechanizmów negatywnego oddziaływania meta-tyrozyny na wzrost korzeni pomidora.

Dzięki finansowaniu jakie otrzymaliśmy z Narodowego Centrum Nauki wykazano, że ten niebiałkowy aminokwas zmienia nie tylko metabolizm reaktywnych form tlenu, ale także wpływa na metabolizm reaktywnych form azotu (np. tlenku azotu), które pełnią w komórkach rolę cząsteczek sygnałowych.

Mamy nadzieję, że wyniki prowadzonych przez nas prac będą wykorzystane także w przyszłości w badaniach medycznych, z uwagi na pojawiające się doniesienia, że w niskich stężeniach meta-tyrozyna może być stosowana w terapii nowotworowej jako czynnik ograniczający powstawanie przerzutów.

***

Mgr inż. Olga Andrzejczak jest doktorantką w Katedrze Fizjologii Roślin na Wydziale Rolnictwa i Biologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, dr hab. Agnieszka Gniazdowska-Piekarska, prof. SGGW pracownikiem naukowo-dydaktycznym tej jednostki, a także prodziekanem ds. nauki.

Ich zainteresowania badawcze dotyczą mechanizmów działania związków fitotoksycznych, ze szczególnym uwzględnieniem roli reaktywnych form tlenu i azotu. Prace eksperymentalne prowadzone są dzięki wsparciu finansowemu NCN, projekt OPUS, nr 2014/13/B/NZ9/02074 pt. Reaktywne formy azotu i poliaminy w regulacji fitotoksycznego oddziaływania niebiałkowych aminokwasów na wzrost korzeni.