fiziologija stresa kod biljaka - Биолошки … oksidativni stres dejstvo stresnih faktora...

FIZIOLOGIJA STRESA KOD BILJAKA

dr Dušica Janošević,

dusjan@bio.bg.ac.rs

Projektne teme:

Kako naš izbor hrane utiče na životnu sredinu? Način ishrane(vegeterjanska ili veganska ili uključuje konzumiranje mesa,mleka) ima uticaja na proizvodnju hrane, emisiju gasova (efekatstaklene bašte) i rezerve vode.

Kako klimatske promene utiču na proizvodnju hrane? Kakvi suefekti npr. povećanja koncentracije CO2 u atmosferi itemperature na poljoprivredu (prinos poljoprivrednih vrsta irezerve vode)?

Da li primena pesticida, insekticida i veštačkih đubriva utiču napromenu abiotičkih i biotičkih faktora spoljašnje sredine? Da libi i kako bi primena genetski modifikovanih vrsta uticala naživotnu sredinu?

Antropogeni stresni faktor i njegov uticaj na životnu sredinu.

U toku svog životnog ciklusa biljke su izložene dejstvurazličitih faktora sredine. Prirodnom selekcijom razvilesu se vrste koje su posebno adaptirane i na krajnjenepovoljne uslove spoljašnje sredine. Ove vrsteposeduju nasledne morfološke i eko-fiziološkeadaptacije koje im omogućavaju da prežive.

Ekološka valenca (amplituda) – širna variranja pojedinih spoljašnjih faktora u čijim okvirima je moguć opstanak vrste. Izvan granice ekološke valence fiziološki procesi se prekidaju, dolazi do nepovratnih oštećenja i smrti biljke. Donja granica valence se označava kao minimum, a gornja kao maksimum.

Klimatski faktori: svetlost temperatura vlažnosti voda vazduh i vetar

Edafski faktori: fizičko-hemijsko-biološke osbine zemljišta

Stresor (izazivač stresa) jesvako variranje nekog odfaktora spoljašnje sredine vanoptimalnog opsega vrednosti.

Stres se javlja pod uticajemabiotičkih i biotičkih faktora,može nastati sporadično ilipermanentno i izazvatireverzibilne i ireverzibilne,akutne ili hronične promenekod biljaka (Stevanović iJanković, 2001).

U fiziološkom smislu stres jespecifično stanje izazvanodelovanjem različitih faktoraspoljašnje sredine koji težeda promete postojećuravnotežu (homeostazu) uorganizmu.

Suština stresa ogleda se upromenama fiziološkog stanjaorganizma, koji ugrožavajunormalno odvijanje procesa.

„Elastični“ odgovor može uključiti reverzibilnooštećenje, koje se može popraviti, pa sefunkcionalnost i vijabilnost održavaju, dok„plastični“ odgovor predstavlja ireverzibilnooštećenje.

ABIOTIČKE FAKTORE

temperatura (niska i visoka)

vode (deficit-suša i višak-poplava)

zračenje (vidljiva svetlost, UV,

jonizujuće zračenje)

različiti hemijski agensi

(soli, teški metali, herbicidi,

atmosferski polutanti)

ostali (mehanički-vetar, magnetno

polje, električno polje, pritisak)

BIOTIČKI FAKTORI:

virusi

bakterije

gljive

insekti

ANTROPOGENI STRESNI FAKTOR

Svi faktori koji negativno utiču na rastenje i razviće i smanjuju produktivnost biljaka mogu se smatrati stresnim.

STRES

PREPOZNAVANJE STRESA

TRANSDUKCIJA SIGNALA

EKSPRESIJA GENA

POREMEĆAJI U METABOLIZMU

FIZIOLOŠKI I RAZVOJNI ODGOVOR

STRES se može opisati kao stanje u kome intezivne promene sredine primarno dovode do metaboličkih i fizioloških poremećaja, a zatim do naknadne normalizacije metabolizma, koja je praćena povećanjem otpornosti organizma.

Odgovor biljaka na stres zavisi od:

interziteta stimulusa

brzine nastajanja stimulusa

dužine delovanja stimulusa

građe biljke

razvojnog stadijuma u kome se nalazi

genotipa

U prirodnim uslovima na biljke deluje više različitih faktora. Kao rezultat interakcijskih efekata većeg broja faktora -stresni sindrom.

ABIOTIČKI STRES BIOTIČKI STRES

INTEZIVNO OSVETLJAVANJE

HERBICIDI

OZON

PATOGENI

HERBIVORE

POVREDE

VO

DN

I S

TR

ES

TEMPERATURNI STRES

SUŠA

SALINITET

POPLAVE

TEŠKI METALI

ROS

OKSIDATIVNI STRES

Dejstvo stresnih faktora može biti primarno i sekundarno.

Početni stres može biti veomablag, sa minimalnim efektom nabiljke, ali ako se dejstvostresogenih faktora slaboginteziteta nastavi tokom dužegvremenskog perioda, može doćido hroničnog stresa.

U uslovima akutnog stresa,dejstvo stresogenih faktora jeintezivno i brzo, pa u kratkomvremenskom periodu dovodi doznačajnih promena koje moguimati letalni ishod.

U zavisnosti od inteziteta, dužinetrajanja stresa i fazeontogeneze biljaka dejstvostresnih faktora može bitiletalno i subletalno.

"eustress„ - stres blagog ili srednjeg inteziteta koji dovodi do reverzibilnih promena, aklimatizacije i povećanja otpornosti.

"distress„ - intezivan stres dovodi do ireverzibilnih promena.

Stres obuhvata tri faze:1. Kada je pretnja ili stresor identifikovan telo je u stanju „alarma“.2. Ako stres potraje, organizam ulazi u fazu „otpornosti“, gde pokušava da ga savlada upotrebom mehanizama za zaštitu i odbranu od stresa. 3. U fazi „iscrpljenosti“, resursi organizma su obično potrošeni i on nije sposoban da održi normalne funkcije.

ODLIKE STRESA OSOBINE BILJAKA TIP ODGOVORA REZULTAT

STRES

INTEZITET

TRAJANJE

UČESTALOST

KOMBINACIJA FAKTORA

GRAĐA ORGANA ILI TKIVA

STADIJUM RAZVIĆA

GENOTIP

OTPORNOST

OSETLJIVOST

EPIGENETSKE PROMENE

MUTACIJE

IZBEGAVANJE

TOLERANCIJA

OPSTANAK I RAST

ADAPTACIJE

SMRT

Adaptacija biljaka na ekstremne uslovenastaje kao rezultat genetičkih promena upopulaciji tokom više generacija.Specifični genotip, koji omogućavajedinkama da prežive i da se reprodukuju,postaje dominantan u populaciji. Ovakvepovoljne kombinacije gena predstavljajuadaptaciju biljaka (CAM metabolozam).

Biljke imaju sposobnost finog podešavanjafizioloških i strukturnih osobina da bi seprilagodile promenama u spoljašnjojsredini.

Izlaganje biljaka umerenom stresupovećava njihovu otpornost, one postajuaklimatizovane i manje podložne oštećenjuu kasnijim stresnim situacijama.

AKLIMATIZACIJA

OTPORNOST

•Izbegavanje

•Tolerancija

STRES OTPORNOST (REZISTENTNOST)

Mehanizmi koji omogućuju biljkama da prežive u uslovima stresa:

Izbegavanje stresa – obuhvata sve mehanizme koji dovode do smanjenja metaboličke aktivnosti i dormantnog stanja.

Tolerancija na stres – obuhvata sve mehanizmekoji biljkama omogućuju da održe relativno visokumetaboličku aktivnost u uslovima umerenogstresa, odnosno, snižen stepen aktivnosti kada jestres intezivan. Tolerancija podrazumevasposobnost organizama da se prilagode –aklimatizuju (aklimacija) iznenadnim nepovoljnimuslovima i poprave štetu koja je nastala.

ODGOVOR BILJAKA NA ABIOTIČKI STRES

RAST

inhibicija klijanja

redukcija rasta

prevremeno starenje

opadanje

produktivnosti

FIZIOLOGIJA

apsorpcija vode

transpiracija

fotosinteza

disanje

asimilacija azota

akumulacija

inhibitora rasta

nagomilavanje

toksičnih produkata

metabolizma

MOLEKULARNA BIOLOGIJA

ekspresija gena

raskidanje veza u makromolekulima

redukcija aktivnosti vitalnih enzima

opadanje sinteze proteina

dezorganizacija membranskog sistema

ODGOVOR BILJAKA NA ABIOTIČKI STRES

ĆELIJSKOM NIVOU

ćel. ciklus i deobe

membranski sistem

vakuolizacija ćelija

arhiktetura ćel. zida

BIOHEMIJSKOM NIVOU

metabolizam

MOLEKULARNOM NIVOU

percepcija signala

transdukcija signala

ekspresija gena

STRES

PERCEPCIJA SIGNALA

TRANSDUKCIJA SIGNALA

Biljni hormoni sekundarni prenosioci:

Ca2+, IP3

fosforilacija: CDPK, MAPK kaskade

EKSPRESIJA GENA

PROTEINI

Funkcionalni Regulatorni

proteini proteini

Ćelijski odgovor

Fiziološki odgovor

Tolerancija na stres

PERCEPCIJA I TRANSDUKCIJA SIGNALA

Biljke prepoznaju stres na nivou membrane, zahvaljujući prisustvu receptornih proteina za koje se vezuju signalni molekuli (ligandi).

Receptorni proteini mogu biti vezani za jonske kanale, G-proteine ili za enzime.

Reakcija na stres počinje vezivanjem liganda za receptore na membrani.

Signal se preko prenosioca (npr. G-proteina) dalje prenosi na kinaze koje putem fosforilacije prenose signal dalje do efektora.

G-protein, membranski protein povezan sa guaninnukleotidima. G proteini menjaju konformaciju zavisno odkonverzije GDP-GTP. Hetrotrimerni proteini sastoje se odtri različite subjedinice: ά, β, γ koje su pričvršćene zacitoplazmatičnu stranu membrane. ά, subjedinica uneaktivnom obliku se vezuje za GDP. Kada se ligand veže zareceptor GDP se zamenjuje GTP-om. Kompleks ά-GTP seodvaja i fosforiliše efektor. GTP prelazi u GDP, a ά,subjedinica se vraća i rekonstruiše neaktivno stanje G-proteina.

DAG = diacylglycerol

PIP2 = phosphatydil-inositol-4,5 biphosphat

IP3 = inositol 1,4,5-triphosphat

Vezivanje kompleksa ligand-receptor za G-protein aktivirarazličite enzime koji kaosekundarni glasnici imaju ulogu u amplifikaciji signala. Obrazuje se složena kaskada reakcija kojauključuje različite enzime tipa: fosfolipaza (fosforilujufosfolipide u membrani), kinaza(katališu prenos fosfatnih grupana enzime), fosfataza (prekidajuprenošenje fosfatnih grupa). Posebno značajnu ulogu u prenosusignala imaju joni kalcijuma kojibilo slobodni ili vezani u komplekssa kalmodoulinom iniciraju nizreakcija uključujući i aktivacijukinaza.

IP3 (inozitol-1,4,5-trifosfat) i Ca2+

IP3 pripada grupi fosfolipida.

Fosfolipaze – enzimi koji učestvuju u razgradnji membrane (fosfolipaze C, D, A1i A2).

Inozitolne grupe fosfolipida mogu biti fosforilisane ili defosforilisane.

Signal se sa G proteina prenosi na fosfolipazu C (PLC) koja hidrolizuje fosfatidil-inozitol-4,5 bifosfat (PIP2) na diacilgliceril (DAG) i inozitol 1,4,5-trifosfat (IP3). IP3 se vezuje za membranske receptore na tonoplastu i ER koji otvaraju Ca2+ kanale.

IP3 (inozitol-1,4,5-trifosfat) i Ca2+

U toku stresa, nakon percepcije signala, dolazi do prolaznog povećanja koncentracije kalcijuma u citoplazmi.

Kalcijum se oslobađa iz vezikula, ćelijskih kopartmenta, organela ili aktiviraju se jonski kanali.

Kanali za kalcijum su zavisni od IP3.

Ca2+-kalmodulin

Kalmodulin - protein male molekulske mase, karakterističan za eukariotske ćelije.

Influks kalcijuma u citosol obavlja se preko jonskih kanala, a eflukspreko Ca2+-ATPaza i kotransportera. Kanale za kalcijum koji senalaze na plazmalemi verovatno regulišu G-proteini. Osim naplazmalemi ulazni kanali za kalcijum nalaze se i na tonoplastu i ER.Kada se ovi kanali otvore Ca2+ difunduje u citosol. Dugotrajnopovećanje koncentracije je štetno. Ca2+-ATPaza hidrolizuje ATP iprenosi kalcijum u prostor ćelijskog zida. Kalcijumske ATPaze natonoplastu i ER vraćaju kalcijum u vakuole i cisterne ER. Zasmanjenje koncentracije značajni su i kotransporteri (antiporttransport protoni se razmenjuju za kalcijum). Povećanjekoncentracije je je kratkotrajna promena.

fosfatidil-inozitol-4,5 bifosfat (PIP2) diacilgliceril (DAG) inozitol 1,4,5-trifosfat (IP3)

DAG (diacilglicerol) vezuje se za protein kinazu C (PKC) i time jeaktivira. PKC (neaktivna serin/treonin kinaza) nalazi se u citosolu, pripovećanoj koncentraciji kalcijuma menja konformaciju i vezuje se zadiacilglicerol, fosforiliše druge enzime (MAP-kinaze).

Joni kalcijuma deluju na različite procese sami ili u kompleksu sakalmodulinom. Kalcijum aktivira kinaze zavisne od kalcijuma (CDPKkinaze) koje se same fosforilišu.

Kalmodulin vezuje četiri jona kalcijuma i time se menja njegovakonformacija, što omogućava fosforilaciju drugih enzima.

fosfatidil-inozitol-4,5 bifosfat (PIP2) diacilgliceril (DAG) inozitol 1,4,5-trifosfat (IP3)

protein kinaza C

STRES GENI

Po svom dejstvu geni indukovani stresom mogu biti:

geni ranog dejstva (ekspresija ovih gena je vrlo brza i njihova indukcija ne zahteva sintezu novih proteina, uglavnom kodiraju transkripcione faktore)

geni odloženog dejstva (njihovom ekspresijom dolazi do sinteze proteina tolerantnih na stres)

Stres geni mogu da svrstaju u dve kategorije:

funkcionalni stres geni kodiraju funkcionalne proteine, uključene u toleranciju na stres (LEA proteini, antifriz proteini)

regulatorni geni kodiraju proteine uključene u transdukciju signala i kontrolu ekspresije stres gena (transkripcioni faktori, protein kinaze)

REGULACIJA ODGOVARA BILJAKA NA STRES

Apcisinska kiselina (ABA)

Jasmonati

Etilen

Salicina kiselina

OKSIDATIVNI STRES

Oksidativni stres je rezultat poremećene ravnoteže procesa produkcije ROSi aktivnosti bioloških sistema koji su odgovorni za uklanjanje reaktivnihprodukata i popravljanje nastalih oštećenja.

U ROS spadaju: superoksid anjon radikal (O2·ֿ), hidroksil radikal (OH·),peroksil radikal (RO2·), vodonik peroksid (H2O2), singlet kiseonik (1O2), ozon(O3), zatim radikali ugljenika, tiol radikal itd.

Aktivirane kiseonične forme (ROS), za razliku odmolekularnog kiseonika, mogu da izazovunekontrolisanu oksidaciju i destrukciju različitihkompartmenata i jedinjenja u ćeliji.

Atmosferski kiseonik je u osnovnom stanjubiradikal, tj. Ima u različito orjentisanimorbitama dva nesparena elektrona paralelnihspinova što ga čini slabo reaktivnim premaorganskim molekulima osim ukoliko ne dođe doaktivacije. Primanje elektrona je osnovni uslovaktivaciju i za obrazovanje ROS.

O2 reaguje sa dvovalentnim reduktantima samo uslučaju da poseduju dva nesparena elektrona saparalelnim spinom, koji je suprotan spinu elektronakiseonika.

Mehanizam redukcije kiseonika je povezan saprenošenjem jednog elektrona, pa molekulkiseonika mora da se aktivira pre nego što seuključi u reakcije sa organskim molekulima.

AKTIVACIJA MOLEKULA KISEONIKA

Apsorpcijom određene količine energije (dovoljnada promeni spin jednog od nesparenih elektrona,molekul kiseonika se prevodi u singlet stanje (1O2)u kome elektroni imaju suprotne spinove. Singletnikiseonik (1O2) je veoma reaktivan molekul svojuekscitacionu energiju može preneti drugimorganskim molekulima ili može reagovati sa njimaformirajući hidroperokside.

Drugi mehanizam za formiranje ROS je procespostepene, monovalntne redukcije kiseonika. Takonastaju superoksid anjon radikal (O2·), vodonikperoksid (H2O2) i hidrosil radikal (OH·).

NAJVAŽNIJE AKTIVNE FORME KISEONIKA

Superoksidni anjon nastaje primanjem jednog elektrona:

O2 + e- O2·

Vodonik peroksid se može obrazovati redukcijom (protonovanjem)

O2· + e- + 2H+ H2O2

H2O2 + e- + H+ OH· +H2O

OH· + e- + H+ H2O

Pod dejstvom peroksidazavodonik peroksid se lako razlažei može biti prekursor zanastanak hidroksilnog radikala.

Superoksid anjon radikal je jak oksido-reduktant,može da oksiduje sumpor, askorbinsku kis. ili NADPH,ali može da redukuje citohrom c i jone metla.Superoksid je umereno reaktivna kiseonična vrsta,kratkog polu-života koji iznosi od 2 do 4 µs.

Vodonik peroksid je supstrat za brojne oksidativnereakcije. Lako može da prođe kroz membrane idezaktivira brojne enzime. Vodonik peroksid jerelativno stabilan molekul, sa dužim polu-životom kojiiznosi oko 1 ms, što mu omogućava prolazak krozmembrane i prelazak u druge ćelijske kompartmane.H2O2 može direktno oksidovati –SH grupe, DNK i lipide.

Indirektno, biotoksičnost H2O2 potiče od sposobnostida u prisustvu jona metala putem Fenton ili Haber-Weiss reakcije formira veoma reaktivan hidroksilradikal koji spada u najjača oksidaciona sredstva.Oksidativna oštećenja obično su povezana saprisustvom jona metala u sistemu.

Hloroplasti

Hloroplasti sadrže relativno visoku koncentraciju kiseonika, koji se može redukovati elektronima iz fotosistema.

U uslovima koji smanjuju dostupnost CO2 dolazi do prenosa elektrona na alternativne akceptore, među kojima je i O2.

Mehler-ova -pseudociklični transport elektrona kod koga se elektroni sa feredoksina umesto na NADP+ prenose na O2 i nastaje H2O2.

Direktnom interakcijom O2 sa ekscitiranim hlorofilom (PSII).

U uslovima stresa dolazi do disbalansa između produkcije i uklanjanja ROS, pa koncentracija u ćeliji raste.

Mitohondrije

Superoksid se generiše auto-oksidacijom redukovanih komponenti elektron transportnog lanca. Biljne mitohondrije imaju i alternativne oksidaze koje predstavljaju još jedno mesto gde može doći do redukcije kiseonika i ima značajnu ulogu u uslovima stresa.

Peroksizomi

Peroksizomi sadrže enzime β-oksidazu i ksantin oksidazu koji produkuju H2O2 i ∙O2- tokom β-oksidacije masnih kiselina. Tokom fotorespiracije usled aktivnostienzima glikolat oksidaze formirase H2O2 (kada se glikolat oksiduje do glioksalne kiseline).

Do aktivacije kiseonika u ćelijskom zidu dolazi usledbiosintetskih reakcija ili kao odgovor na napad patogena. Glavnamesta nastanka H2O2 u apoplastu su NADPH oksidaze vezane zamembranu, pH-zavisne peroksidaze ćelijskog zida, oksalatoksidaza i amin oksidaza. Najvažnija biosintetska reakcijatokom koje dolazi do oslobađanja ROS je polimerizacija lignina.U odgovoru na biotički stres su ključne peroksidaze ćelijskogzida koje produkuju značajne količine H2O2 i učestvuju uodgovoru na biotičkog stresa.

Efekat reaktivnih vrsta kiseonika

Vodonik peroksid, superoksid anjon radikal, hidroksil radikal i singlet kiseonik nastaju u biljkama kao produkt normalnog metabolizma. Hidroksil radikal učestvuje u procesu opuštanja ćelijskog zida i razgradnji polimera polisaharida. Vodonik peroksid učestvuje u odbrambenom mehanizmu biljaka i prenosu signala.

ROS učestvuje u procesima ćelijske signalizacije (ABA indukuje zatvaranje stoma-indukuje obrazovanje H2O2, koji aktivira kanale za kalcijum).

Efekat reaktivnih vrsta kiseonika

Aktivirane vrste kiseonika sposobne su da reaguju sa svim tipovima biomakromolekula.

Membrane-oksidacija (peroksidacija) lipida-smanjenje fluidnosti membrana, inktivacija membranskih enzima i transportnih proteina-promena permeabiliteta membrana.

Oksidativna oštećenja proteina-modifikacija aminokiselina, fregmentacija peptidnih lanaca, povećana osetljivost na proteolizu.

Oštećenja DNK-mutacije. Oksidacija organskih molekula

reaktivnim kiseoničnim vrstama može da se odvija na dva načina: adicijom OH grupe ili oduzimanjem vodonikovog atoma.

Antioksidativni mehanizmi zaštite

Mehanizmi koji omogućavaju izbegavanje produkcije ROS tokom stresa uključuju: anatomska prilagođavanja (pokreti listova, različite zaštitne epidermalne stukture ili zaštita stoma u specifičnim strukturama), fiziološke (cikličan transport elektrona) i molekularne mehanizme koji omogućavaju rearanžman fotosintetskog aparata u skladu sa dostupnom količinom svetlosti ili potpunu supresiju fotosinteze.

Enzimski mehanizmi koji omogućavaju aktivno uklanjanje ROS:superoksid dismutaza (SOD), katalaza (CAT), askorbat peroksidaza (APX), glutation reduktaza (GR), peroksidaze III klase (GPX), monodehidroaskorbat reduktaza (MDHAR), dehidroaskorbat reduktaza (DHAR), glutation peroksidaza (GPX) i glutation S-transferaza.

Neenzimsku mehanizmi koji omogućavaju aktivno uklanjanje ROS: askorbat, glutation, α-tokoferol, karotenoidi i flavonoidi.

Mehanizmi odbrane od oksidativnog stresa

Antioksidativni mehanizmi za neutralizaciju reaktivnih vrsta kiseonika:

enzimatski

neenzimatski

ANTIOKSIDATIVNI ENZIMI

Superoksid-dismutaza (SOD) - prva stepenica u “čišćenju” slobodnih radikala;

neutrališe O2· reakcijom dismutacije:

2 O2· + 2H+ H2O2 + O2

Prema metalu koji sadrže kao kofaktor klasifikuju se: Cu/ZnSOD (citoplazma i

hloroplast), FeSOD (hloroplast), MnSOD (mitohondrije).

ANTIOKSIDATIVNI ENZIMI

Katalaze (CAT) – razlaganje vodonik peroksida na kiseonik i vodu.

Glutation-peroksidaze – oksidacijom glutationa (GSH) se uklanja vodonik peroksid i lipidni peroksidi.

Askorbat-peroksidaze-oksidacija askorbata (AA) do dihidroaskorbata (DHA) u prisustvu vodonik peroksida u hloroplastima.

Peroksidaze (POD)- uklanjaju vodonik peroksid tako što katalitišu reakcije polimerizacije u ćelijskom zidu, sintezu etilena i degradaciju IAA.

Neenzimski faktori antioksidativnih sistema

Askorbinska kiselina (vitamin C) jedan od najačihantioksidanata, može da redukuje mnoge slobodneradikale. Direktno može da bez učešća enzima skupljaROS, indirektno α-tokoferol vraća u aktivnu,redukovanu formu. Reaguje sa slobodnim radikalima,redukuje vodonik peroksid i učestvuje u askorbat-glutation ciklusu (ASH-GSH). U hloroplastima kaokofaktor enzima violaksantin de-epoksidazaindirektno učestvuje u ksantofil ciklusu (mehanizamzaštite od fotooksidacije).

Askorbinska kiselina je donor elektrona u brojnim enzimskim i neenzimskim reakcijam tokom kojih se uklanjaju ROS.

Neenzimski faktori antioksidativnih sistema

Glutation je tripeptid(glutaminska kiselina-cistein-glicin); u oksidovanom obliku dvamolekula glutationa su vezanapreko sumpora (GSSG).Centralna uloga GSH je uregeneraciji askorbinskekiseline.

Učestvuje u regulaciji transporta sulfata, transdukciji signala, konjugaciji metabolita i detoksikaciji kao i regulaciji ekspresije gena tokom stresa.

Može direktno da uklanja ROS, stabilizuje membrane tako što uklanja acil-perokside nastale tokom peroksidacije lipida.

Neenzimski faktori antioksidativnih sistema

Tokoferoli su lipofilni antioksidantikoji su esencijalne komponentebioloških membrana. Najpoznatijije α-tokoferol (E vitamin), njegovavisoka antioksidativna aktivnostuslovljena je prisustvom tri metilgrupe. Redukuje peroksidepolinezasićenih kiselina, sprečavaautooksidaciju lipida odnosno utičena stabilnost membrana.

Karotenoidi (karoteni i ksantofili)pripadaju grupi izoprenoidnihjedinjenja. U hloroplastimaučestvuju u zaštiti fotosistema,tako što uklanjaju ROS kojinastaju tokom ekscitacijehlorofila. Mogu da reaguju sasinglet kiseonikom i da višakenergije oslobode u vidu toplote ilipreko ciklusa ksantofila.

Molekul karotenoida može da preuzme energiju od pobuđenog hlorofila i kako ne može da pređe u pobuđeno stanje odaje energiju kao toplotu.

Prostorna i vremenska fluktuacija nivoa ROS imaju ulogu signala u procesima rasta, razvoja, toleranciji na abiotički stres, odbrani od patogena i ćelijskoj smrti. Specifičnost odgovora zavisi od više faktora: vrste ROS, intenziteta signala, mesta nastanka i interakcije sa drugim signalnim molekulima kao što su NO i biljni hormoni.

Kod biljaka specifični ROS receptori još uvek nisu pouzdano utvrđeni, postoji veliki broj podataka koji ukazuju na različite komponente ROS signalne mreže koja uključuje kinaze, fosfataze i transkripcione faktore. Postoje tri osnovna modela:

ROS senzori bi mogli pokretati signalnu kaskadu koja na kraju utiče na ekspresiju gena;

ROS mogu direktno oksidovati komponente signalnog puta;

ROS mogu intereagovati i modifikovati aktivnost transkripcionih faktora.

Hipotetički, H2O2 senzor bi moglabiti dvokomponentna histidinkinaza kao kod kvasca koja pokrećekaskadnu reakciju koja uključujekalmodulin i nekoliko MAPK. Sve ovorezultira aktivacijom ili supresijiomvećeg broja transkripcionihfaktora.