Rostlinná buňka a těžké kovy: způsoby příjmu, detoxifikace a vliv na buněčné struktury

Dominika Bačíková

Bachelor's thesis

Plant Cell and heavy metals: uptake, detoxification and impact on cell structures

Abstract:

Cílem bakalářské práce je zpracovat ucelený literární přehled o vlivu těžkých kovů na rostlinnou buňku, možnostmi obrany rostlinné buňky vůči jejich příjmu, mechanizmy detoxifikace a tolerance. Práce je zaměřena na problematiku výskytu, příjmu a toxicity esenciálních těžkých kovů – železa, zinku, manganu, mědi, niklu, molybdenu a kobaltu, a toxických kovů – chromu, kadmia, rtuti a olova. Ionty těžkých kovů jsou zachyceny kořeny, následně do nich vstupují a jsou translokovány do nadzemních částí rostlin. Příjem iontů probíhá mobilizací kovů vázaných na půdní částice. Po příjmu těžkých kovů pomocí membránových transportérů jsou ionty vázány na chelátory a chaperony, kterými jsou organické kyseliny, aminokyseliny, peptidy – fytochelatiny a metalothioneiny a „Heat shock“ proteiny. Těžké kovy poškozují buňky navázáním se na funkčně důležité biomolekuly, které tím deaktivují. Chelátory se tomu snaží zabránit. Detoxifikační procesy zahrnují vyloučení těžkého kovu z intracelulárního prostředí nebo sekvestraci. Těžké kovy stimulují tvorbu volných radikálů a reaktivních forem kyslíku. Současně se aktivují antioxidační obranné mechanismy, jež jsou schopny bránit jejich reakci s významnými biomolekulami. Při zvýšeném množství reaktivních forem kyslíku v buňce, které antioxidační mechanismy nezvládají vychytávat, dochází k oxidačnímu stresu majícímu destruktivní účinky. Mezi ně patří změna fluidity cytoplazmatické membrány, poškození membránových proteinů a nukleových kyselin, a rozsáhlé změny v plastidech.

Abstract:

The aim of this thesis is to elaborate a comprehensive literature review about the impact of heavy metals on plant cell, the possibilities of defending plant cells from their intake, mechanisms of detoxification and tolerance. This thesis is focused on the occurrence, intake and toxicity of essential heavy metals – iron, zinc, manganese, copper, nickel, molybdenum and cobalt, and toxic metals – chromium, cadmium, mercury and lead. Ions of heavy metals are first absorbed by the roots, subsequently they enter into the roots and move to the above-ground parts of plants. The intake of ions takes place through the mobilization of metals connected to soil particles. The ions – using membrane transporters - are connected to the chelators and chaperons, which are organic acids, amino acids, peptides fytochelatins and metalothioneins, and "Heat shock" proteins. Heavy metals have damaging impact on the plant cell, as they react with functionally important biomolecules and thus causing their malfunctioning. Heavy metals stimulate the formation of free radicals and reactive oxygen forms that unspecifically reacts, usually immediately with the first organic molecule which they come into contact with. They activate the antioxidant defence mechanisms, that are able to prevent the reactions of heavy metals with important biomolecules. In case the cell contains an increased amount of reactive oxygen forms and the antioxidant mechanisms are already unable to eliminte them, the so-called oxidative stress occurs. This oxidative stress causes destructive effects resulting in a change of fluidity of cytoplasmatic membrane, it damages the membrane proteins and nucleic acids.

Keywords

kovy těžké, buňka rostlinná, chelátory, transportéry membránové, mechanismy detoxifikace, radikály volné, formy kyslíku reaktivní

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 1. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 26. 1. 2016
• Supervisor: doc. Ing. Jiří Tůma, CSc.
• Reader: RNDr. Zuzana Dučaiová, Ph.D.

University of Hradec Králové

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biologie / Systematická biologie a ekologie