Fejlődésélettani és speciális növényi anyagcsere vizsgálatok
2005©Cz P T
Fejlődésélettan I. • A növények egyedfejlődése során minőségi (fejlődés) és mennyiségi (növekedés) változások egyaránt bekövetkeznek ¾A fejlődés és növekedés egymással szorosan összefüggő folyamatok
• A fejlődés szakaszai magasabbrendű növények esetében: 9megtermékenyítés 9embrió- és magképzés 9csírázás 9vegetatív fejlődési szakasz 9reproduktív fejlődési szakasz 9öregedés 9nyugalmi állapot
Fejlődésélettan II.
•
Csírázás
• •
raktározott makromolekulák lebontása a keletkező monomerek az embrió ill. a
csíranövény növekvő szervei felé szállítódnak – elsősorban az osztódó szövetek felé
•
szintetikus folyamatok, melyek anyag- és
energiaigényét a lebontó folyamatok elégítik ki
Fejlődésélettan III. • Szabad aminosavak • Redukáló cukor mennyiségének tartalom meghatározása meghatározása
csírázó magvakban ¾A csírázás során a szabad aminosavak mennyiségének és a redukáló cukor tartalom változása optimum szerint alakul.
Szabad aminosavak mennyiségének meghatározása csíranövényekben I. • 2 ml hígított kivonat
3 1 ml 0,5%-os ninhidrin (2 ml citrát puffer jelenlétében) a minták szabad aminosavaival képez színes reakcióterméket 9 100 ºC-os inkubálás + SnCl2 cseppenként SnCl2
-
katalizátor, e -okat továbbít
• A színes reakcióterméket butanolos fázisba rázzuk át – fontos, hogy mindvégig hidegen tartsuk az elegyet !
Szabad aminosavak mennyiségének meghatározása csíranövényekben II. • A színes reakciótermék fény- és hőérzékeny, ezért igyekezzünk a spektrofotometrálást minél előbb elvégezni
• A színes reakciótermék A410 értéke a csíranövény szabad aminosav tartalmával egyenes arányban áll 9 Szabad aminosav reakciója ninhidrinnel
Redukáló cukor tartalom meghatározása I. • Csíranövénykék etanolos kivonata + Antron reagens (jeges vízfürdő!)
sárgás színű termék
• Cukortartalom meghatározás elve: 3 cukrok + fenolok (naftol, Antron, rezorcin, orcin) erős ásványi savas közegben színreakció (aldehidek + fenolok kondenzáció színes termék) 3 Abszorbancia (440 nm) érték egyenes arányban áll a
minta
redukáló
cukor
tartalmával
(mérés
érzékenységi határain belül)
• reakció érzékenysége: • redukáló cukor tartalom tartalom meghatározás
>
szabad aminosav
Speciális növényi anyagcsere I. •
Növényi anyagok klasszikus csoportosítása: • Primer anyagok: fontos, régóta ismert, gyakori anyagok (cukrok, fehérjék…) • Szekunder anyagok: különlegesebb, ritkább anyagok (gyakran feltűnő színű – illatú, mérgező hatású anyagok…)
•
Növényi anyagok két fő csoportja az anyagcsere folyamatában betöltött egymásutániságuk alapján:
• Primer anyagok: szervetlen
tápanyagokból keletkező vegyületek
esszenciális anyagok
esszenciális anyagok
• Szekunder anyagok:
primer anyagokból képződő vegyületek
nem esszenciális anyagok
Speciális növényi anyagcsere I. • A növényi anyagok csoportjai a fő anyagcsereutaknak
megfelelően (5 fő anyagcsereút – 5 fő növényi anyagcsoport) : • 1. szacharidok • 2. fenoloidok • 3. poliketidek • 4. terpenoidok • 5. azotoidok • A bioszintézis utak kezdeti, univerzális szakaszát
követő szakaszok, melyek
specializálódottabb
¾ a növényvilág egészében már nem általánosak ¾ számos nagy taxonban ugyanúgy mennek végbe (rendekben, családokban….) ¾ pl. fenoloidokon belül a flavonoidok
Speciális növényi anyagcsere I. •
Flavonoidok besorolása: • Fenoloidok anyagtörzse • Poliketid cinnamoidok osztálya • Triketid cinnamoidok alosztálya • Flavonoidok rendje • Flavonoidok
•
Flavonoidok körében előforduló főbb biológiai aktivitások: • • • • • • •
Antioxidáns hatás Virágok színanyagai Fungicid hatás Antitumor hatás Antibakteriális hatás Protein-kináz inhibitor Xantin-oxidáz inhibitor
rovar-megporzás
Flavonoidok
Antociánok
pH1=2,4 pH2=2,7 pH3=3,2 pH4=3,5 pH5=4,2
©Cz.P.T
©Cz.P.T
©Cz.P.T
©Cz.P.T
Speciális növényi anyagcsere II. • Fitokróm rendszer I. • Fitokróm rendszer által szabályozott folyamatok: folyamatok 3 Fotoperiodikus, fotomorfogenetikai reakciók (pl. fotoperiódusra érzékeny fajok virágzása; rügyek nyugalmi állapotának kialakulása évelő fás növényeknél…)
3 Nem fotoperiodikus, reakciók
fotomorfogenetikai
(pl. etioláltság megszűnése a csíranövényeknél; szár megnyúlásának gátlása; hipokotil kampó kiegyenesedése; néhány mag csírázása…)
3 Nem morfogenetikai antocianidinek és más szintézisének serkentése
fényreakciók flavonoidok
(hormonszint szabályozása; enzimek és más fehérjék szintézisének serkentése az etiolált levelekben megvilágítás után: kloroplasztisz fehérjék - LHCP, ribulóz1,5-biszfoszfát-karboxiláz/oxigenáz kis alegysége..; glikolsav oxidáz; glukóz-6-foszfát-dehidrogenáz;…)
Speciális növényi anyagcsere II. • Fitokróm rendszer II. • Fitokróm in vivo lokalizáció: ¾ P660 diffúz eloszlás jellemző ¾ P660 – P730 átalakuláskor a diffúz eloszlás megszűnik és a fitokróm meghatározott helyeken összpontosul – a P730 kötődése intracelluláris receptorokhoz a funkció szempontjából fontos ¾ P730 – P660 átalakuláskor a fitokróm újra visszatér a kiindulási diffúz eloszlásba • P660 – PR: ez a forma a vörös fényt abszorbeálja ¾ A sötétben nőtt növényben vagy magban a fitokróm P660 (PR) formában van jelen - ez a forma kék színű.
• P730 – PFR: sötétvörös fényt abszorbeálja ¾ a legtöbb esetben a PFR a fiziológiailag aktív forma -zöldeskék színű pigment
Speciális növényi anyagcsere II. • Fitokróm rendszer III. • A P660 (PR) – P730 (PFR) átalakulás fototranszformáció ¾ a fehérje konformációváltozáson megy keresztül:
• Fehér fény a P660 és a P730 gerjesztődik, a fitokróm ciklus folyamatos — pool teljes (jelentős fitokróm intermedier arány fitokrómban)
egyaránt antocián az össz-
Antociánok fényindukált szintézisének vizsgálata Raphanus sp. hipokotilban • különböző megvilágítási feltételek között nevelt 1 hetes retek (Raphanus sp.) csíranövénykék (2 nap sötétben majd 5 nap eltérő körülmény)
3 etiolált 3 fehér fény 3 vörös fény (660 nm) ¾ 15 perc extrakciós idő szűrés ¾ kíméletes bepárlás vízlégszivattyúval – max. 40 ºC melegítés ¾ preparátumok kromatografálása - szilikagél vékonyrétegen ¾ a kifejlesztett réteg szárítása UV lámpa - kiértékelés
•
Antocián tartalom: etiolált
<
vörös fényen nevelt < fehér fényen nevelt
¾ Sötétben nevelt növényben megindul fehér fényen nevelt növényben végbe megy az antocián szintézis
Speciális növényi anyagcsere III. • Nikotin bioszintézise • a piridin bioszintézishez • a poliaminok bioszintéziséhez
egyaránt szorosan kapcsolódik
• Nikotin besorolása: • Azotoidok anyagtörzse • Alkaloidok osztálya • Ornitin eredetű alkaloidok rendje • Pirrolidin alkaloidok • Nikotin a dohány (Nicotiana tabacum L.) fő alkaloidja ¾ Mellékalkaloidok: 3 nornikotin 3 nikotorin • A dohány alkaloidjai eredményesen extrahálhatóak enyhén lúgos pH-n szerves oldószerekkel • Hidrofób szennyezésektől mentesíthető a kivonat savas pH-n kirázással
Nikotin bioszintézise
©Cz.P.T
©Cz.P.T
Nikotintartalom vizsgálata különféle dohányokban és keverékben • Különböző dohánytípusok
extraktum
• Kivonatok szűrése üvegszűrőn bepárlás – Fontos: a nikotin sárgásbarna folyadék a kinyerés körülményei között! 3 bepárlás vízlégszivattyúval a vízcsap elzárása előtt a vákuumot kell megszűntetni!
• Titrálás - metilvörös mellett
hagyma színig
3 dohányminták nikotin tartalma fogyott 0,005 N HCl ml/súly g mértékegységben
Speciális növényi anyagcsere IV. • Purin alkaloidok bioszintézise • Kapcsolódik a nukleinsav anyagcseréhez nukleotid - nukleozid pool
• Purin alkaloidok besorolása: • Azotoidok anyagtörzse • Egyszerű speciális azotoidok osztálya • Purinszármazékok rendje • Purin alkaloidok • Élettani hatások: • Koffein: központi idegrendszeri – légzés stimuláns • Teobromin és teofillin: értágító, vízhajtó és szív stimuláns ¾ koffein > teobromin > teofillin (apoláris > poláris)
Purin alkaloidok bioszintézise
©Cz.P.T
Tea és kakaó alkaloidjainak vizsgálata • 1 gramm minta
extrakció
• Szűrés üveggyapoton vízlégszivattyúval
bepárlás
• Bepárlási maradék felvétele kloroformban centrifugálás (14.000 g) •
Minta felvitele szilikagél vékonyrétegre kifejlesztése réteg szárítása
• Kiértékelés
kromatogramm
UV lámpa
• Koffein foltok lekaparása • Koffein-eluátum centrifugálása UV tartományban (265 nm)
eluálás kloroformmal spektrofotometria,
3 Kvarc küvetta szükséges – UV tartomány (100nm - 400 nm)
