Kémia | Biokémia » dr. Bognár János - Ciántűrő növények

Ciántűrő növények A cianid nem mindig gátolja a növények oxigén felvételét, légzését. Ezt először- közel ötven éve- a kontyvirágok virágzásánál figyelték meg. A növénycsaládra jellemző érdekes torzsavirágzat kifejlődésekor a hirtelen megnyúló virágzati tengely/ spadix/ oxigén felvétele hirtelen a többszörösére ugrik. Ez a gyors légzésfokozódás cianiddal és egyéb citokróm rendszer blokkoló sejtmérgekkel/ pl szénmonoxid, azidok/ nem gátolható. A későbbi évek kutatásai kiderítették, hogy ez a rezisztencia típus szélesebb körben elterjedt és nem korlátozódik csak a virágos növények bizonyos csoportjaira. Egyes baktériumok, gombák/ pl rozsdagombák/, különösen az élesztők/ pl Neurospora, Candida/ körében , valamint néhány zöldalgánál/ pl Chlorella/ is előfordul. A cianid tűrés/ rezisztencia/ nem állandó jelleg, csak az egyedfejlődés meghatározott szakaszaiban alakul ki hirtelen és markánsan,

összefüggésben az adott szerv élettani/ fiziológiai/ állapotával. Gyökerek, levelek öregedésekor, patogén fertőzések esetében, leggyakrabban azonban a virágzáskor, vagy mikroorganizmusokban a spóraképzés idején jelenik meg/ un pollen légzés/. A fejlődés többi szakaszában a kérdéses szervezet légzése cianid érzékeny! Máskor a rezisztencia külső hatásokra alakul ki: indukálódik. A növényi kórokozókkal történő fertőzés, vagy külső mechanikai hatások gyakran váltanak ki cianid rezisztenciát a szövetekben . Legtöbbször a cianid tűrés nem teljes, még magas cianid/ 1millimol/ koncentrációnál sem. Ekkor a cianid tűrés mértékét csak úgy határozhatjuk meg, ha azt egy korábbi állapothoz, vagy indukált rezisztencia esetén a nem kezelt szövethez hasonlítjuk Alapos biokémiai vizsgálatokkal sikerült bebizonyítani, hogy a cianid tűrés a mitochondriumokhoz kötött. Érdekes megfigyelés, hogy a rezisztencia kialakulásakor

emelkedik a biológia oxidációban szintén fontos szerepet játszó flavoproteidek mennyisége, sőt teljesen új flavin enzimek jelennek meg, amelyeket eddig csak a cianidrezisztens mitochondriumokban találtak/ol pl az un erősen fluoreszkáló flavoproteid-FPHf/. Az új flavin dehidrogenázok mellett egy a kloroplasztiszokból már korábban ismert ferredoxin típusú vas-kén-fehérje is megjelenik a cianid rezisztens mitochondriumokban, amelyben a vas a citokrómoktól eltérően nem hem-csoporthoz, hanem diszufid kötésben levő kén atomokhoz kapcsolódik. Az új vegyületeknek az oxidációját a cianid nem, de a vassal komplexet képző aromás hidroxámsavak, vagy a komplexkémiában jól ismert bipiridil erősen gátolják. Ma ezeket a vegyületeket tekintjük a cianid rezisztens légzés specifikus gátlóinak. A kutatók többsége nem a ma ismert legerősebb természetes redukáló vegyületet a ferredoxint tartja a végoxidáznak, henem utána egy még ismeretlen

„X-faktor” végoxidázt valószínűsít. Felvetődik a kérdés vajon a cianid érzékeny és a cianid rezisztens rendszer a mitochondriumokban egymástól teljesen függetlenül működik, vagy a rezisztens út a cianid érzékeny lánc leágazása? Jelenleg a két lehetőség egyikét sem zárhatjuk ki teljesen. Jobban elfogadott elmélet szerint a két szimultán működő lánc közös kezdeti szakasszal rendelkezik és a korábban már említett flavoproteideknél található a cianid rezisztens leágazás. A folyamatban a „váltó”, szabályozó szerepét ezek a flavin molekulák játszanák. Nyilvánvaló a két végoxidáz együttes jelenléte ezekben a virágokban/ pl Araceae- kontyvirágok/ és valószínű az oxigén kötő képességük változik az egyedfejlődés során . A bonyolult és minden részletében pontosan nem ismert folyamatot belső faktorok, közöttük egy kulcsszerepet játszó hormon a kalorigén irányítja. Mai ismereteink szerint ez a

vegyület valószínű az etilén gázhormon, amely tudjuk más élettani folyamatokban is fontos szerepet játszik/ pl gyümölcsök érése, levelek sárgulása /. Energia termelés szempontjából egyértelmű, hogy a cianidrezisztens út kevésbé hatékony, a folyamatban keletkező makroerg ATP mennyisége a természetes körülmények mellett lehetséges mintegy harmada. A hasznosítható anyagcsere energia több mint fele tehát ezen az úton elvész, általában hő formájában szétszóródik, disszipálódik. A virágzást gyakran kísérő hőfejlődésnek ez a magyarázata. A kulönös külsejű Symphocarpus foetidus/ skunk cabbage/ kontyvirág fajnál- amelynél ezt a jelenséget először leírták és elemezték -a virágzás kezdetén a torzsavirágzat tengelye felmelegszik. Ez a hőmérséklet növekedés 2-10C-fok között változik; szintén intenzíven melegszik a trópusi Alocasiák/ elefántfül/ torzsavirágzata is virágzáskor. A Sauromatum és Arum

kontyvirágoknál inkább csak a tengely felső része/ un appendix/ melegszik fel. Ez a rész nem visel virágokat, a megporzó döglegyek csalogatására szolgáló, gyakran penetráns bűzt árasztó, un illatepidermisz borítja. A keletkezett hő gyors elvezetését a virágzati fellevél/spatha/ akadályozza meg. A virágokban a hőmérséklet emelkedése virágzáskor -bár kevésbé markánsan- megfigyelhető más esetekben pl a tulipánoknál is! Tudjuk, hogy a biokémiai reakciók sebessége jobban függ a hőmérséklettől mint a fizikai folyamatoké/ pl diffúzió, ozmózis/. 10 C-fok hőmérséklet emelkedés hatására egy katalizált biokémiai reakció sebessége általában duplájára növekszik az élettani határok között. A helyi felmelegedés tehát egyszerűen és hatékonyan gyorsítja az adott helyen és időben működő anyagcserét. Virágzáskor lerövidíthet kritikus, érzékeny, sérülékeny szakaszokat pl a meiozis idejét a porzótájban , vagy

gyorsíthat bizonyos védekezési válaszreakciókat pl külső stresszhatások esetében