Krzysztof Ptasiński Co. Ltd. Rola i funkcja antyoksydantów karotenoidowych w komórkach roślinnych i zwierzęcych. Krzysztof Ptasiński Co. Ltd.

Rośliny, a Energia Słoneczna Konwersja energii słonecznej i CO2 w energię biologicznie użyteczną Systemy odpowiedzialne za fotosyntezę stanowią poważne zagrożenie w przypadku gwałtownych zmian środowiskowych [↑ ilości docierającej Energii] S0+ hγ → 1S* (isc) → 3S 3S + DH → S٠-+ D٠ + H+ 3S + 3O2 → S0 + 1O2

Rośliny, a świat zwierzęcy Tłuszczowe produkty pochodzenia roślinnego są zdolne do kontroli sygnalizacji międzykomórkowej i ekspresja genów [fitoestrogeny- flavonoidy służące do komunikacji z mikroflorą bakteryjną] Receptory hormonów sterydowych komórek ludzkich wywodzą się od receptorów bakteryjnych Ludzkie hormony sterydowe przypominają strukturalnie flavonoidy

Pigmenty, barwniki ochronne Karoteny [zeaksantyna i luteina] –ochrona fotosystemu przed stresem środowiskowym Obecna zarówno w świecie roślinnym jak i zwierzęcym Funkcja ochronna u Homo sapiens sapiens: ośrodki wzroku, funkcja immunologiczna, antykancerogenna, choroby serca

Zmiany środowiskowe [susza, zasolenie], a „samopoczucie” roślin Adaptacja do niekorzystnych warunków Droga do poprawy - inżynieria genetyczna Pożądane cechy: ↑ oporności na stres środowiskowy ↑ produktywności

Fotosynteza; ochrona przeciwutleniająca Równowaga pomiędzy efektywnym wyłapywaniem, a rozpraszaniem nadmiaru Energii Nadmiar Energii Słonecznej => multum zagrożeń [tlen singletowy, fotooksydacja] zarówno u roślin jak i zwierząt] Ochrona przez rozproszenie [jako energia cieplna] – wszystkie rośliny [ściółka także] Rozproszenie Energii ma miejsce w każdych warunkach: Lasy wiecznie zielone zimową porą, podczas suszy i trzęsień ziemi – „wirtualne” rozproszenie [zawieszeniu funkcji wzrostowych i fotosyntezy]

Karoteny Podobne strukturalnie izoprenoidy o symetrycznym łańcuchu węglowym (zwykle C40) najbardziej widoczne w owocach, kwiatach i warzywach (żółte, pomarańczowe, czerwone) scharakteryzowano 600 [znanych 700] likopen i b-karoten to najbardziej podstawowe, z nich wywodzą się inne (cyklizacja, oksydacja, hydrogenacja, dehydrogenacja) kluczowy dla właściwości fizykochemicznych jest układ sprzężonych wiązań podwójnych 6 głównych w pożywieniu; 14 w osoczu

Substancje pomocnicze w procesie rozproszenia Energii Ksantofile Zaeksantyna - hydroksylacja β-karotenu; Luteina – hydroksylacja α-karotenu Rośliny z nadekspresją β-hydroksylazy => ↑ zaeksantyny => ↑ tolerancji na upał Rośliny z nadekspresją ε-cyklazy => ↑luteiny => ↑ rozproszenie energii

podział Węglowodorowe (b-karoten, likopen) utlenione - ksantofile (luteina, zeaksantyna) apokarotenoidy - poniżej 40 atomów węgla

Kontrola doboru substancji ochronnych

Light-harvesting protein - PsbS Nieznany mechanizm.. Hipotezy: wykrywa nadmiar światła i „przełącza” konwersję absorbowanego światła podczas fotosyntezy na rozproszenie ↑ E => ↑ gradientu pH => ☺PsbS => strukturalne zmiany anten wychwytujących => rozproszenie E]

Protekcyjny mechanizm ksantofili Nieznany…..ale mnóstwo hipotez Przejmuje nadmiar E od chlorofili i rozprasza w postaci ciepła Wygasza wzbudzony, trypletowy chlorofil przez przeciwdziałanie przeniesienia E na tlen Rozproszenie E przeciwdziała przeniesieniu tworzeniu reaktywnych form tlenu Przeciwdziałają tworzeniu oksylipidów [programowa śmierć komórek] Przeciwdziała peroksydacji lipidów błony komórkowej

Garść reakcji: ROO٠ + CAR → ROO- + CAR٠- ROO٠ + CAR → ROOH + CAR٠(-H+) 1O2*+CAR→[CAR ٠ ٠ ٠ ٠ 1O2]→CAR+O2+heat

Znaleziska Naukowców Wykryto: Produkty utlenienia lutein Produkty utlenienia likopenu Brak dowodów na utlenienie innych karotenoidów [β-karotenu (?)]

Anomalie Mutant [PsbS-] => Oksydacja lipidów w normie Podwójny mutant [zeaksantyna -, PsbS -] =>Wrażliwy na oksydację lipidów już w 200C =>↑ α/γ-tokoferolu Wniosek: preferowany mechanizm przeciwdziałania stresowi świetlnemu: rozproszenie energii na drodze cieplnej

Udział karotenidów i witaminy E w żywieniu i wpływ na organizmy Poprawiają jakość i atrakcyjność żywności Udział w zwalczaniu schorzeń nowotworowych Ochrona układów optycznych -luteina, zeaksantyna Nadekspresja zeaksantyny zwiększa produktywność [rośliny] Utrzymują równowagę oksydo-redukcyjną komórek [przeciwdziałanie proliferacji, procesom zapalnym, chorobom serca, cukrzycy, chorobom autoimmunizcyjnym i neurodegeneracyjnym] Udział w kontroli ekspresji genów

Co wiadomo o zeaksantynie i luteinie.. Opóźniają przewlekłe choroby [age related maculopathy, ale za postęp retinal phototoicity odpowiadają lipofuscyny; katarakta (UV 290-320 na aa Trp, Met, Cys); choroby serca] Skuteczne zmiatacze w. rodników i reduktory utlenionych związków Trwają badania próbujące powiązać funkcje kaotnoidów z witaminą E

Witamina E Właściwości antyutleniające Skuteczny zmiatacz w. rodników Oddziaływnie z białkami sygnłowymi [inhibicja LOX (oksylipiny: kwas jasmonowy, leukotrieny); kinaza C] Tok. redukuje Fe (LOX) podobnie jak β-karoten

Podsumowanie Wszechstronne molekuły Antyoksydanty Modulatory białek odpowiedzialnych za transdukcję sygnału Wpływ na płynność błon komórkowych Wpływ na ostrość widzenia [wiązania z retiną]

…jest jeszcze wiele do zrobienia… Dziękuję za uwagę.