• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy zidentyfikowali białko stojące za mechanizmem wyczuwania tlenu przez rośliny

    17.11.2011. 17:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Zarówno botanik, jak i weekendowy ogrodnik wie, że nadmiar wody może zniszczyć rośliny. Zawodnienie lub zalewanie roślin nie pozwala im pobrać wystarczającej ilości tlenu niezbędnej do oddychania komórkowego i wytwarzania energii. Aby poradzić sobie z tym stanem hipoksji, rośliny pobudzają konkretne geny. Do tej pory nie było jednak dokładnie wiadomo, jak rośliny wyczuwają stężenie tlenu. Naukowcy w Europie zidentyfikowali białko potrafiące wiązać się z niektórymi regionami kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), wywołując w ten sposób transkrypcję genów reagujących na stres. Odkrycia opublikowane w czasopiśmie Nature mogą pomóc w zwiększeniu tolerancji roślin na zawodnienie.

    W ramach wielu prowadzonych ostatnio badań zaobserwowano, że białko aktywujące geny w celu zareagowania na hipoksję, tak zwany czynnik transkrypcji, jest uwalniane z błony komórkowej, aby zakumulować się jądrze i doprowadzić do ekspresji genów reagujących na stres. Naukowcy z Holandii, Niemiec i Włoch twierdzą, że zidentyfikowali odgałęzienie zależnej od ubikwityny ścieżki rozpadu białka zgodnej z regułą końca-N, które jest aktywne zarówno u ssaków, jak i roślin, pełniąc funkcję mechanizmu wyczuwania tlenu, u Arabidopsis thaliana - niewielkiej rośliny kwitnącej, która jest powszechnie wykorzystywana jako organizm modelowy w biologii roślin.

    Odkrycia pokazują, że rośliny z nadekspresją białka RAP2.12 charakteryzują się wyższą tolerancją na zawodnienie i są w stanie lepiej zregenerować się w jego następstwie.

    "Kiedy stężenie tlenu jest niskie - jak w czasie zawodnienia - następuje uwolnienie RAP2.12 z błony komórkowej i jego nagromadzanie w jądrze w celu aktywacji ekspresji genów na potrzeby aklimacji do warunków hipoksji" - czytamy w artykule. "Nasze odkrycie mechanizmu wyczuwania tlenu otwiera nowe możliwości zwiększania tolerancji na zawodnienie."

    W centrum uwagi znajduje się koniec-N białka (początek łańcucha aminokwasowego). Zmiana sekwencji aminokwasowej, czy to poprzez dodanie czy też usunięcie aminokwasów, prowadzi do pogorszenia się reakcji rośliny na niską dostępność tlenu.

    Normalne warunki aerobowe ułatwiają przyłączanie się RAP2.12 do błony komórkowej. Kiedy poziom tlenu spada, białko odrywa się od błony i akumuluje się w jądrze, gdzie może pełnić rolę czynnika transkrypcji i pobudzać konkretne geny. Zdaniem naukowców, kiedy tylko dostępność tlenu wzrasta do normalnego poziomu, RAP2.12 ulega szybkiemu rozpadowi, aby powstrzymać transkrypcję genów reagujących na stres.

    Podkreślają, że w przypadku roślin z ekspresją RAP2.12 ze zmodyfikowanym końcem-N, białko znajduje się w jądrze nawet przed początkiem stresu tlenowego. Zmodyfikowane białko nagromadziło w jądrze w momencie rozpoczęcia hipoksji, ale nie ulega rozpadowi, kiedy poziom tlenu wraca do normalnych warunków.

    Odkrycie uzupełnia rola reguły końca-N. "Zgodnie z regułą końca-N pierwszy aminokwas białka określa jego długość życia" - zauważa współautor i kierownik zespołu Joost van Dongen z Instytutu Fizjologii Molekularnej Roślin im. Maxa Plancka w Niemczech. "Istnieją aminokwasy stabilizujące i destabilizujące. Nasze odkrycie RAP2.12, jako głównego elementu mechanizmu wyczuwania tlenu roślin, otwiera interesujące możliwości zwiększania tolerancji upraw na zawodnienie."

    Około 10% gruntów ornych na świecie ulega co roku tymczasowemu zawodnieniu.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Fototoinhibicja – to zjawisko hamowania fotosyntezy przy dużych natężeniach światła. Jeśli organizmy fotosyntetyzujące absorbują więcej światła niż może być wykorzystane w procesach fotosyntezy dochodzi do uszkodzenia aparatu fotosyntetycznego. Zjawisko fotoinhibcji zależne jest nie tylko od natężenie świtała, lecz także od warunków w jakich rośnie roślina. Do fotoinhibicji dochodzi często gdy przy niskich temperaturach ograniczających reakcje enzymatyczne roślina zostanie wystawiona na działanie silnego światła (np. w wiosenne poranki gdy natężenie światła jest duże a temperatura jest bliska zeru, przy przeniesieniu rośliny rosnącej w cieniu na miejsce w pełnym świetle), suszy, zasoleniu gleby. Rośliny posiadają mechanizmy pozwalające na adaptację do zmieniających się warunków świetlnych. Gdy jednak adaptacja do warunków świetlnych okaże się niewystarczająca dochodzi do obniżenia natężenia fotosyntezy mierzonej jako wydzielanie tlenu lub pobieranie CO2. Główna przyczyną obniżenia natężenia fotosyntezy jest uszkodzenie fotoukładu II. Akceptory elektronów, plastochinon A i B, przejmujące elektron wybity z centrum reakcji pozostają trwale w stanie zredukowanym, a centrum reakcji nie jest w stanie odbierać energii od anten fotosyntetycznych. Dochodzi do uszkodzenia białka D1 obecnego w fotoukładzie II, będącego miejscem przyłączenia plastochinonu B . Uszkodzone fotoukłady zostają wyłączone z fotosyntetycznego łańcucha transportu elektronów, aż do czasu degradacji uszkodzonego białka D1 i jego odtworzenia. Brak możliwości przekazania energii do centrum reakcji prowadzi do wytwarzania reaktywnych form tlenu co także może stać się przyczyna uszkodzenia fotoukładu II. Podczas fotoinhibicji dochodzi również do uszkodzenia kompleksu rozszczepiającego wodę z którego odłączane są jony manganu oraz polipeptydy peryferyjne. Transport tlenu i dwutlenku węgla w organizmie – cykl procesów, celem których jest dostarczenie tlenu do każdej komórki i odprowadzenie CO2. Komórki żywe nieustanie potrzebują tlenu, aby mogły zachodzić procesy przemiany materii. W procesach uzyskiwania energii zachodzących w mitochondriach niezbędny jest tlen. Jest on transportowany układem oddechowym. Hemoglobina płodowa (HbF lub α2γ2) - to główne białko transportujące tlen u ludzkiego płodu w ciągu ostatnich 7 miesięcy rozwoju w macicy i noworodka do około 6 miesiąca życia. Funkcjonalnie hemoglobina ta różni się od hemoglobiny osób dorosłych tym, że wykazuje wyższe powinowactwo do tlenu i wysyca się nim przy niższym ciśnieniu parcjalnym. Dzięki temu rozwijający płód ma lepszy dostęp do tlenu z krwi matki. Ma to duże znaczenie, ponieważ miejscem wymiany gazowej między matką a płodem jest łożysko w którym dochodzi do wymiany tlenu i dwutlenku węgla. W łożysku stężenie tlenu nie jest wysokie, więc hemoglobina odłącza tlen. Gdyby we krwi płodu była taka sama hemoglobina jak we krwi matki, nie mogłaby wiązać dużych ilości tlenu. HbF w warunkach tlenowych łożyska bardzo silnie wiąże tlen, bo wysyca się nim przy niższych stężeniach i może go przenosić z łożyska do narządów płodu.

    Oksymioglobina – utlenowana postać mioglobiny. Mioglobina jest białkiem służącym do magazynowania tlenu w tkance mięśniowej. Ma ciemnoczerwoną (purpurową) barwę. Po przyłączeniu cząsteczki tlenu, zmienia się jej konformacja i barwa. Mioglobina z przyłączoną cząsteczką tlenu określana jest jako oksymioglobina i zmienia barwę na jasnoczerwoną (wiśniową). Jest to zjawisko odwracalne. Gdy ciśnienie cząstkowe tlenu w otoczeniu spada, jego cząsteczka odłącza się od cząsteczki oksymioglobiny. W żywych mięśniach mechanizm ten pozwala na przechowywanie tlenu i uwalnianie jego rezerw podczas anoksemii. W przetwórstwie mięsa ma to znaczenie estetyczne. Mięso tuż po uboju zawiera głównie nienatlenioną mioglobinę i ma ciemnoczerwoną barwę. Podczas rozbioru i cięcia mięsa, wnika do niego tlen atmosferyczny i łącząc się mioglobiną, przekształca ją w oksymioglobinę. Dlatego mięso w pierwszych etapach obróbki ma jasnoczerwony kolor kojarzony ze świeżością. Reaktywne formy azotu (RFA) to grupa związków azotu cechujących się dużą reaktywnością chemiczną związaną z posiadaniem niesparowanych elektronów. W warunkach fizjologicznych pełnią rolę w obronie organizmu przez mikrobami. Do reaktywnych form azotu zalicza się tlenek azotu (NO) oraz jego pochodne, powstające w wyniku przemian metabolicznych: kation nitrozoniowy (NO), anion nitroksylowy (NO) i nadtlenoazotyn (ONOO). Nadmiar RFA uszkadza komórki, powodując stres nitrozacyjny, zjawisko analogiczne do stresu oksydacyjnego wywoływanego przez reaktywne formy tlenu (RFT, ROS).

    Stres oksydacyjny – stan braku równowagi pomiędzy działaniem reaktywnych form tlenu a biologiczną zdolnością do szybkiej detoksykacji reaktywnych produktów pośrednich lub naprawy wyrządzonych szkód. Wszystkie formy życia utrzymują w komórkach środowisko redukujące, które jest zachowywane przez aktywność enzymów podtrzymujących stan redukcji poprzez ciągły dopływ energii metabolicznej. Zaburzenia w prawidłowym stanie redukcji mogą wywołać toksyczne działanie poprzez produkcję nadtlenków i wolnych rodników, powodujących oksydacyjne uszkodzenia wszystkich składników komórki, a szczególnie dotkliwe dla komórki są uszkodzenia białek, lipidów i DNA. Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZTn) – umowny wskaźnik określający biochemiczne zapotrzebowanie tlenu, czyli ilość tlenu wymaganą do utlenienia związków organicznych przez mikroorganizmy (bakterie aerobowe). Wartość tę uzyskuje się w wyniku pomiaru zużycia tlenu przez badaną próbkę wody lub ścieków w ciągu 5, 7 lub 20 dób (Oznaczając to odpowiedni BZT5, BZT7 lub BZT20). Pośrednio określa się w ten sposób stężenie substancji organicznej podatnej na biodegradację. BZTn jest wskaźnikiem czystości wody i jakości oczyszczanych ścieków: im wyższa wartość BZTn tym większe zanieczyszczenie (ilość związków organicznych). Z przyczyn praktycznych częściej stosowane jest BZT5 lub BZT7.

    Obieg tlenu w przyrodzie, cykl tlenu – cykl biogeochemiczny, który opisuje cyrkulację tlenu i jego związków chemicznych (głównie dwutlenku węgla) w biosferze. Ogólnie cykl ten wygląda tak, że tlen jest pobierany z atmosfery przez wszystkie organizmy żywe, a następnie wykorzystywany w procesie oddychania komórkowego. Produktem ubocznym tej reakcji jest dwutlenek węgla, uwalniany z powrotem do atmosfery, z której jest pobierany przez rośliny i zamieniany z powrotem w tlen w procesie fotosyntezy. Anaerob fakultatywny, względny beztlenowiec – typ organizmu anaerobowego, zwykle bakterii, który rośnie zarówno w środowisku zawierającym tlen , jak i pozbawionym tlenu. Wyróżniane są dwa typy względnych beztlenowców. Pierwszy to organizmy,które rozwijają się w obecności tlenu, wytwarzając energię metaboliczną przez fermentację i nie korzystają z tlenu w swoim metabolizmie. Takie organizmy nazywane są aerotolerancyjnymi. Druga grupa w zależności od dostępu tlenu pozyskuje energię dzięki oddychaniu tlenowemu lub fermentacji, w zależności od warunków w jakich się znajduje.

    Koncentrator tlenu jest urządzeniem wykorzystywanym w medycynie do dostarczania pacjentowi ciągłych dostaw powietrza ze zwiększoną zawartością tlenu. Stanowią tańszą i bezpieczniejszą alternatywę dla butli ze sprężonym tlenem, które w razie wycieków mogą podnosić ryzyko wybuchu pożaru. Mogą być również wykorzystywane jako stałe źródło tlenu do procesów przemysłowych.

    Białka fuzyjne (białka chimeryczne) – białka powstające z połączenia 2 lub większej liczby genów, które pierwotnie były odpowiedzialne za produkcję niezależnych białek. Produktem genu fuzyjnego jest białko (polipeptyd), którego funkcja jest w pewnym stopniu pochodną funkcji białek kodowanych przez geny wchodzące w skład takiego połączenia.

    Remodeling chromatyny nazywany także rearanżacją chromatyny stanowi proces polegający na zmianie struktury chromatyny przy pomocy określonych kompleksów białkowych, którego celem jest regulacja ekspresji genów poprzez zmianę dostępności chromatyny dla czynników transkrypcyjnych. Pierwsze białka zdolne do remodelowania struktury przestrzennej chromatyny zostały odkryte na początku lat 90. XX wieku. Do chwili obecnej udało się dość dobrze zbadać budowę i mechanizm działania niektórych czynników białkowych biorących udział w tym procesie.

    Dodano: 17.11.2011. 17:17  


    Najnowsze