Důležitou roli v ochraně rostlinných buněk před negativním působením oxidačního stresu hraje vitamín E. Zjistili to biofyzici z Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum (CRH). Detailně popsali molekulární mechanismus ochrany rostlinné buňky pomocí vitamínu E na úrovni základních procesů fotosyntézy. Výzkum může pomoci zvýšit odolnost rostlin vůči abiotickému stresu, který je způsoben nadbytkem světla, nedostatkem vody nebo vysokými či nízkými teplotami. Pěstitelé by s využitím vitamínu E mohli lépe ovlivňovat přežití rostlin.
Studii olomoučtí vědci publikovali spolu s americkými kolegy v prestižním vědeckém časopise PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America).
Volné kyslíkové radikály jsou značně reaktivní molekuly, které vznikají z molekulárního kyslíku v rostlinných a živočišných buňkách. Při nízké tvorbě jsou tyto radikály pro buňky zpravidla prospěšné, avšak při nadměrném vzniku je poškozují.
Biofyzici z CRH detailně zkoumali ochrannou roli vitamínu E proti volným kyslíkovým radikálům na membránových proteinech v chloroplastech rostliny huseníčku rolního. Zjistili, že vitamín E slouží jako velmi účinný antioxidant superoxidového aniontového radikálu, a chrání tak proteiny před oxidativním poškozením.
Studie olomouckých a amerických vědců byla zaměřena na fotosystém II. V něm se štěpením molekul vody zahajuje transport elektronů, který je spojen s únikem elektronů na molekulární kyslík. Při tomto procesu vzniká superoxidový aniontový radikál, který se může přeměnit v přítomnosti přechodných kovů na nebezpečný hydroxylový radikál.
„Nepárový elektron z volných kyslíkových radikálů může přeskočit na aminokyseliny v těsné blízkosti tvorby těchto radikálů a způsobit oxidaci proteinů. V případě, že se do cesty nepárovému elektronu postaví molekula vitamínu E, dojde k zabránění reakce nepárového elektronu s aminokyselinou a ochraně proteinů,“ popsal mechanismus ochrany proteinů vitamínem E korespondující autor Pavel Pospíšil.
Přínosem studie je také určení lokalizace vitamínu E. „Hydroxylový radikál má díky své vysoké reaktivitě s okolními biomolekulami omezenou difúzi, a tak můžeme určit, kde se vitamín E ve fotosystému II nachází,“ uvedl hlavní autor studie Aditya Kumar.
Olomoučtí biofyzici měří tvorbu volných kyslíkových radikálů, jejichž doba života se pohybuje v mikrosekundách až nanosekundách, pomocí elektronové paramagnetické rezonance. „Za použití spinových pastí jsme schopni zachytit přítomnost nepárového elektronu volných kyslíkových radikálů a jednoznačně určit, o jaký radikál se jedná,“ doplnil Pavel Pospíšil.
Koncentraci vitamínu E v rostlinách lze zvýšit posílením exprese genů pro enzymy, které jsou odpovědné za syntézu vitamínu E, a zajistit tak přežití rostlin při působení abiotických stresových faktorů.