Rola i funkcja antyoksydantów karotenoidowych w komórkach roślinnych i zwierzęcych.

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

2. 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

3. 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

4. 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

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

6. 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]

8. 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

9. 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

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

12. Kontrola doboru substancji ochronnych

13. 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]

14. 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

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

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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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

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

22. …jest jeszcze wiele do zrobienia… Dziękuję za uwagę.