FENOLOVÉ LÁTKY V CHLOROPLASTOVÉ BUNĚČNÉ FRAKCI A JEJICH ROLE V OCHRANĚ FOTOSYNTETICKÉHO APARÁTU

Magdaléna BUREŠOVÁ

Bachelor's thesis

PHENOLIC COMPOUNDS IN CHLOROPLAST CELL-FRACTION AND THEIR CONTRIBUTION TO PHOTOPROTECTION OF PHOTOSYNTHETIC APPARATUS

Abstract:

Fenolové látky (FL) jsou početnou skupinou sekundárních metabolitů rostlin. Mezi významné funkce, které v organismu zastávají, patří ochrana před oxidačním stresem vyvolaným nadměrnou ozářeností fotosynteticky aktivního záření (FAR) a UV zářením, kdy obvykle dochází ke zvýšené produkci reaktivních forem kyslíku (ROS). Významným zdrojem ROS v buňce v podmínkách světelného stresu jsou zejména chloroplasty. Cílem této práce bylo nalezení vhodné metodiky izolace chloroplastů, pokud možno s vysokou intaktností, porovnání extraktu z této buněčné frakce s extrakty pořízenými z (celého) primárního listu a také porovnání obsahu FL v rostlinném materiálu u rostlin kultivovaných při různé ozářenosti FAR. Jako pokusná rostlina byl zvolen ječmen jarní (Hordeum vulgare L. cv. Bonus). Ječmen byl pěstován při dvou různých ozářenostech FAR - nízké (LI) a vysoké (HI). Přítomnost fenolových látek v metanolových (100%) extraktech chloroplastů a celých listů byla zjišťována UV-VIS absorpční spektrofotometrickou analýzou a pomocí HPLC-DAD byla provedena separace FL v extraktech a kvalitativní analýza některých z nich. Výsledkem experimentální práce je zavedení metody izolace chloroplastů s poměrně vysokou intaktností a čistotou z primárních listů ječmene, extrakce FL z této frakce a rozšíření stávajících metod umožňujících posouzení intaktnosti organel a obsah kontaminujících částic. Spektrofotometrická analýza ukázala vyšší obsah volných FL v extraktech celých listů HI rostlin oproti LI. Pro metanolové (100%) extrakty z frakcí chloroplastů se však spektrofotometrická metoda ukázala nevhodná pro vysoký obsah fotosyntetických pigmentů a nízkou koncentraci FL. Pomocí HPLC analýzy byl v extraktech chloroplastů detekován saponarin a další blíže neurčené flavonoidy. Saponarin byl také dominantní látkou obsaženou v extraktech z celých listů. Další látky, jež byly v těchto extraktech detekovány, byly odvozené od fenolových kyselin a flavonoidů, pravděpodobně derivátů apigeninu a luteolinu.

Abstract:

Phenolic compounds (PC) form a broad group of plant secondary metabolites. One of their important functions is the protection against light-induced oxidative stress caused by excess photosynthetically active radiation (PAR) irradiance and UV radiation. Those conditions often trigger increased production of reactive oxygen species (ROS). Chloroplasts produce a significant amount of ROS in plant cells under light stress. The aim of this bachelor thesis was to find out a suitable methodology for chloroplast isolation (as intact as possible), comparison of PC extracts prepared from this cell fraction with whole-leaf PC extracts and comparison of PC content in plant material grown under different PAR irradiance. Spring barley (Hordeum vulgare L. cv. Bonus) was used as a model plant. Barley was grown under different light conditions - low irradiance of PAR (LI) and high irradiance of PAR (HI). Presence of PC was determined spectrophotometrically and separation of PC and qualitative analysis of several substances was performed using HPLC-DAD. This work resulted in selection of methodologies suitable for isolation of highly intact and pure chloroplasts, extraction of phenolics from this cell-fraction and improvement of existing methods enabling the assessment of chloroplast intactness and contaminant particles content. UV-VIS absorption spectrophotometric analysis of PC extracts revealed that HI grown plants produced higher content of soluble PC compared to LI grown plants. Spectrophotometric assay of chloroplast-fraction extracts (100% methanol) seemed unsuitable due to high chlorophyll content and low phenolics concentration in extracts. Saponarin and several other unspecified flavonoids were detected by HPLC-DAD in chloroplast-fraction extracts. Saponarin was major compound in whole-leaf exctracts as well, other substances detected in whole-leaf extracts were derived from phenolic acids and flavonoids (probably apigenin and luteolin derivatives).

Keywords

intaktní chloroplasty, izolace chloroplastů, mikroskopie fázového kontrastu, fenolové látky, flavonoidy, ječmen jarní, HPLC-DAD, UV-VIS absorpční spektrofotometrie, reaktivní formy kyslíku

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 6. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 29. 8. 2017
• Supervisor: Mgr. Jakub Nezval, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Applied Physics / Biophysics