Poliaminy - konieczne do życia toksyczne związki o wielu możliwościach
Poliaminy to związki organiczne, występujące w każdym żywym organizmie. W świecie roślin uznawane są przede wszystkim za cząsteczki pełniące rolę ochronną w przypadku działania czynników stresowych. Pozytywna funkcja poliamin jest związana między innymi z ich budową i właściwościami fizyko-chemicznymi (obecnością dodatnio naładowanych grup aminowych lub iminowych).
Po raz pierwszy jedna z poliamin (nazwana później sperminą) została opisana przez Antoniego van Leeuwenhoeka w 1678 roku, jako składnik spermy ludzkiej. To właśnie poliaminy (putrescyna, spermina i spermidyna) nadają spermie charakterystyczne cechy organoleptyczne.
Putrescyna i kadaweryna odpowiadają za nieprzyjemną woń rozkładającej się materii organicznej (mięsa) i zostały odkryte w zwłokach ludzkich 100 lat później niż spermina. Wysoką aktywność enzymów szlaku biosyntezy poliamin obserwuje się w komórkach nowotworowych.
Dlaczego nasiona śpią?
Zawartość poliamin wyraźnie wzrasta w moczu i krwi pacjentów cierpiących na choroby nowotworowe. Podobnie, podwyższone stężenie niektórych z tych związków (putrescyny) notowane jest w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona i Alzheimera. Z drugiej strony są doniesienia, że podwyższenie zawartości spermidyny może zapobiegać utracie pamięci związanej z procesami starzenia.
Poliaminy wiążą się do cząsteczek lipidów błonowych, białek, kwasów nukleinowych, dzięki czemu stabilizują ich strukturę. Z drugiej strony poliaminy działają jako sygnał w odpowiedzi na stresy - szczególnie o charakterze abiotycznym: obecność toksycznych metali, zasolenie, susza, niska temperatura, ale także w przypadku stresów biotycznych np. ataku patogenów (grzybów lub wirusów). Degradacja poliamin, zależna od aktywności specyficznych oksydaz di- lub poliaminowych, prowadzi m.in. do powstawania nadtlenku wodoru (H2O2) - reaktywnej formy tlenu, pełniącej rolę wtórnego przekaźnika informacji.
Ze względu na powszechność występowania w komórkach roślin poliaminy zaliczane są do grupy regulatorów wzrostu i rozwoju, które na równi z klasycznymi hormonami determinują życie tych organizmów. Jednak ich stężenie w roślinach jest znacznie wyższe niż stężenie fitohormonów.
Wigor i odporność na stres jako determinanty wysokich plonów
W Katedrze Fizjologii Roślin Wydziału Rolnictwa i Biologii SGGW w Warszawie od kilku lat prowadzone są prace dotyczące znaczenia poliamin w regulacji ustępowania spoczynku i kiełkowania nasion (projekty badawcze Narodowego Centrum Nauki (NCN) realizowane w latach 2011-2014, 2014-2016), a także znaczenia poliamin w reakcji roślin na toksyczne, niebiałkowe aminokwasy (projekt badawczy NCN - w realizacji).
W toku wykonanych dotychczas prac wykazano, że putrescyna i spermidyna stymulują ustępowanie spoczynku nasion, natomiast spermina pogłębia spoczynek i hamuje kiełkowanie. Korzystne oddziaływanie poliamin związane jest ze wzmożoną produkcją tlenku azotu (NO) - gazu, który sprawia, że spoczynkowe nasiona "budzą się ze snu" i uzyskują gotowość do kiełkowania.
W przypadku roślin traktowanych kanawaniną (jednym z testowanych niebiałkowych aminokwasów) zaobserwowano, że indukcja stresu oksydacyjnego może wynikać ze stymulacji aktywności oksydaz poliaminowych, zatem w tych roślinach katabolizm poliamin może stanowić podstawowe źródło reaktywnych form tlenu.
***
dr Katarzyna Ciąćka, dr Urszula Krasuska i dr hab. Agnieszka Gniazdowska są pracownikami Wydziału Rolnictwa i Biologii, zajmują się badaniem zmian metabolizmu poliamin w roślinach, których wzrost jest hamowany przez toksyczne niebiałkowe aminokwasy, prace te obecnie finansowane są przez NCN, grant Opus 7 nr 2014/13/B/NZ9/02074.
