Különleges vasfelvétel a káposztafej mélyén

Az élő szervezet számára a vas az egyik legfontosabb ásványi tápanyag. Ez az elem tehát nélkülözhetetlen mind emberekben, de a növényekben is az enzimek számára, melyek többek között szerepet játszanak létfontosságú életfolyamatokban: a sejtek légzésében vagy a fotoszintézisben. Ezért elengedhetetlen az anyagcsere szempontjából, hogy ezekbe az enzimekbe be tudjon épülni a vas.

A fotoszintézishez - ahhoz az anyagcsere-folyamathoz, amely napfény energiájával szén-dioxidból és vízből szerves anyagot állít elő a növényekben - tehát vasra van szükség. Mivel a fotoszintézis folyamata a zöld színtestek belsejében játszódik le, a növényi sejtekben a vasat el kell juttatni ezeknek a színtesteknek a belsejébe is. Az Eötvös Loránd Tudományegyetem Növényélettani és Molekuláris Növénybiológiai Tanszékén dr. Solti Ádám és kutatócsoportja évek óta kutatja a zöld színtestek vasfelvételét lehetővé tevő molekuláris folyamatokat.

“A fotoszintézis jelentősége miatt a zöld színtesteket sok szempontból jól ismerjük, így a vas-felvételüket is hosszú ideje vizsgáljuk. A zöld színtestek vas-felvételéhez fényre van szükség. Régóta kérdéses azonban, hogy azokban a növényi szövetekben, amelyeket nem ér napfény, vajon ugyanolyan módon zajlik-e a vasfelvétel, mint a kloroplasztiszokban?” - avat be a kutatás alapötletébe Sági-Kazár Máté doktorandusz. Már csak egy megfelelő kutatási objektumra volt szükség, melyből nagy mennyiségben lehet eltérő fejlettségű növényi színtesteket izolálni a vizsgálatokhoz. A vizsgálat tárgya szinte a (konyha)asztalon hevert.

Félbevágott kelkáposztafejek, amelyeken jól láthatók a különböző levélrétegek és azok színének változása, valamint a középső szár, amelyen a levelek fejlődnek.
Fotó: Solymosi Katalin

A kelkáposztát mindannyian jól ismerjük. A kelkáposztafejek valójában hatalmas, módosult rügyeknek tekinthetők, melyek torzsájáról számos, eltérően zöld, és különböző fejlettségű levél ered. Egy félbevágott kelkáposztafejen láthatjuk, hogy a szélső, fénynek kitett levelek zöld színűek, befelé haladva azonban fokozatosan halványodnak, a legbelső, kisebb méretű és fiatalabb levelek pedig fehérek-sárgásak. A jelenség azzal függ össze, hogy a zárvatermő növények fény hiányában nem tudják előállítani a zöld színanyagot, a klorofillt, anélkül pedig fotoszintézisre sem képesek.

“A káposztafejek belső leveleit a szélső, zöld levelek gyakorlatilag leárnyékolják, elzárják a fénytől, ezért a fejek belseje felé haladva fokozatosan egy fényhiányos állapot jön létre. A belső levél-rétegekben a zöld klorofillok felhalmozódása helyett a jelenlévő karotinoidok sárgás színét látjuk csak, és különleges szerkezetű, fotoszintetikusan nem aktív színtestek, úgynevezett etioplasztiszok fejlődnek bennük, ahogy azt a fejeskáposzta esetében korábban már leírtuk” - magyarázza a kísérlethez használt növény előnyeit a kutatás egyik résztvevője, dr. Solymosi Katalin.

Elektronmikroszkópos kép egy sajátos, nem fotoszintetizáló plasztiszról - az úgynevezett etioplasztiszról -, amely a legbelső kelkáposzta levélrétegekben található meg. A vonal: 1 mikrométer. Piros csillag: az etioplasztisz speciális belső membránrendszere, az úgynevezett prolamelláris test.
A felvétel a most megjelent cikk Sági-Kazár et al. 2023, doi: 10.3389/fpls.2023.1227811 egyik ábrája.

A több intézmény és számos kutató részvételével megvalósuló kutatás során tehát a fotoszintézisre nem képes levelek színtestjeinek a vasfelvételi mechanizmusát vizsgálták, és hasonlították össze a fotoszintézisre képesekével. Az általuk elsőként megfigyelt élettani folyamatok rámutattak, hogy a színtestek vasfelvétele - bár mértékében kisebb ugyan - de pontosan követi azt az elvet, ami a zöld színtestekre is jellemző.

“A zöld színtestek vasfelvételéről az elmúlt tizenöt évben azt gondoltuk, hogy kizárólagosan kötődik a fotoszintézishez, illetve kisebb részben a vasnak a napfény által történő közvetlen kémiai redukciójához. Vizsgálataink eredménye meglepő fordulatot hozott mindabban, amit korábban a sejtalkotók létfontosságú tápelem-háztartásáról tudtunk” - foglalta össze a kutatások eredményeit dr. Solti Ádám, a kutatások vezetője.

Mindezeknek az alapkutatási jellegű tudományos vizsgálatoknak élelmiszeripari és egészségügyi jelentősége is van, hiszen növényi eredetű táplálékaink és azok színtestjei minden ember számára fontos vasforrást jelentenek. Ezért is fontos megérteni, hogy mely tényezők játszanak fontos szerepet a színtestek vasfelvételében és vas felhalmozásában.

A kutatások a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH) pályázati forrásából (K-135607) valósultak meg. Sági-Kazár Máté munkáját az Innovációs és Technológiai Minisztérium Új Nemzeti Kiválóság Programja támogatta. Solymosi Katalin (ELTE), Lenk Sándor (BME) és Solti Ádám (ELTE) kutatásait a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíjjal támogatta.

Cikk adatai:

Máté Sági-Kazár, Éva Sárvári, Barnabás Cseh, Levente Illés, Zoltán May, Csaba Hegedűs, Attila Barócsi, Sándor Lenk, Katalin Solymosi and Ádám Solti: Iron uptake of etioplasts is independent from photosynthesis but applies the reduction based strategy. Frontiers in Plant Science 14:1227811. doi: 10.3389/fpls.2023.1227811