Vliv singletního kyslíku na nenasycené lipidy a isoprenoidní chinony v rostlinách

Mgr. Ursula RÁCOVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

Singlet oxygen is an excited form of molecular oxygen continuously generated in plants metabolic pathways. Singlet oxygen is very important component in signaling pathways of plant organisms, however its action may also be destructive. Singlet oxygen has also an impact on destructive processes. In our studies, we have examined the effect of singlet oxygen in Arabidopsis thaliana and Chlamydomonas reinhardtii. Due to a very effective antioxidant defense system, plants are able to keep the level of singlet oxygen in balance. When plants are exposed to various types of stress, such as high light intensity and heat investigated in this project, an overproduction of singlet oxygen may occur and become out of balance in the biological system. It is important to understand the role and mechanism of the antioxidant defense system in plants, such as the involvement of isoprenoid quinones, since it provides valuable information that may be used to prevent harmful effects. In the case of antioxidant failure, the resulting oxidative stress may damage biomolecules including proteins, nucleic acids, polysacharides and lipids. We have developed a model reaction to understand the mechanism of singlet oxygen chemical quenching by isoprenoid quinones and the formation of their oxidation products. In our studies, we have provided direct evidences that isoprenoid quinones and their oxidation products serve as effective chemical quenchers of singlet oxygen. We were able to detect singlet oxygen formation in vivo using microscopic techniques. Lipid peroxidation occurs in three phases: initiation, propagation and termination. The unsaturation of lipids significantly increases the probability of their interaction with neighbouring biomolecules. In Chlamydomonas reinhardtii we have observed that heat stress mainly causes an increase of primary and secondary products of lipid peroxidation due to lipoxygenases activity.

Abstract:

Singletní kyslík je excitovaná nepřetržitě generovaná forma molekulárního kyslíku v rostlinných metabolických drahách. Singletní kyslík je velmi důležitým prvkem v signálních cestách, nicméně má i zásadní vliv na destruktivní procesy v rostlinách. V našich studiích jsme zkoumali vliv singletního kyslíku u Arabidopsis thaliana a Chlamydomonas reinhardtii. Díky velmi účinnému antioxidačnímu obrannému systému jsou rostliny schopny udržovat hladinu singletního kyslíku v rovnováze. Při vystavení rostlin různým druhům stresu, v našem případě vysoké intenzitě světla a zvýšené teplotě, dochází k nadprodukci singletního kyslíku a k nerovnováze v biologickém systému. Důležitost pochopení role a mechanismu antioxidačního obranného systému rostlin, jako je zapojení isoprenoidních chinonů, poskytuje cenné informace, jak předcházet škodlivým faktorům. V případě selhání antioxidantů, dochází k oxidačnímu stresu a poškození biomolekul jako jsou proteiny, nukleové kyseliny, polysacharidy a lipidy. Vytvořili jsme modelovou reakci k pochopení mechanismu chemického zhášení singletního kyslíku isoprenoidními chinony a následné tvorby jejich oxidačních produktů. V našich studiích jsme poskytli přímé důkazy, že isoprenoidní chinony a jejich oxidační produkty slouží jako účinné chemické zhášeče singletního kyslíku. Pomocí mikroskopických technik jsme byli schopni detekovat tvorbu singletního kyslíku in vivo. K peroxidaci lipidů dochází ve třech fázích: iniciace, propagace a terminace. Nenasycenost lipidů výrazně zvyšuje pravděpodobnost jejich interakce se sousedními biomolekulami. U Chlamydomonas reinhardtii jsme pozorovali, že tepelný stres způsobuje především navýšení primárních a sekundárních produktů peroxidace lipidů v důsledku aktivity lipoxygenáz.

Keywords

singletní kyslík, isoprenoidní chinoly, lipidová peroxidace

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 4. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Pavel Pospíšil, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Biophysics