Zrównoważony świat według chemii. Ewa BULSKA

Transkrypt

1 Zrównoważony świat według chemii Ewa BULSKA

2

3 Świat według chemii : to odczytywanie ukrytych w materii informacji,.... Pomiary, pomiary, pomiary :., czyli badania obecności różnych składników.

4 Świat według chemii : to praca w laboratorium...

5 Zrównoważony świat według chemii : to dobrze zaplanowane badania naukowe Ważnym elementem życiorysu Marii Skłodowskiej-Curie, jest Jej udział w kursach naukowych w pracowniach Muzeum Przemysłu i Rolnictwa w Warszawie, gdzie opanowała podstawy analizy chemicznej i zetknęła się z pracą naukowo - badawczą." Wnętrze Pracowni Chemicznej MPiR, ryc. z 1877 r. 5

6 SŁOWA NOBLISTKI Maria Skłodowska- Curie: Gdyby mnie w Warszawie dobrze nie nauczyli analizy chemicznej profesor Napoleon MILICER i Jego asystent dr KOSSAKOWSKI, nigdy nie wydzieliłabym radu [1] E. Curie, Maria Curie, PWN, Warszawa,

7 SŁOWA NOBLISTKI Maria Skłodowska- Curie: Gdyby mnie w Warszawie dobrze nie nauczyli analizy chemicznej profesor Napoleon MILICER i Jego asystent dr KOSSAKOWSKI, nigdy nie wydzieliłabym radu [1] E. Curie, Maria Curie, PWN, Warszawa,

8 Spektrometria mas wysoka czułość niskie granice wykrywalności różnorodność zastosowań: Związki wysokocząsteczkowe (białka, kwasy tłuszczowe, lipidy Związki niskocząsteczkowe (farmaceutyki, metabolity, etc.) Atomy pierwiastków (Fe, Pb, Se,.etc.) Izotopy pierwiastków (Pb206, Pb207, Pb206) Cartoon by Nick D Kim, lab-initio.com. Used by permission.

9

10 Badanie układów biologicznych: Rośliny Alium Cepa L. Plantago lanceolata L. Se Zn

11 UNIVERSITY Rośliny: OF WARSAW biotransformacja BIOLOGICAL AND CHEMICAL / translokacja RESEARCH CENTRE Alium Cepa L. Plantago lanceolata L.

12 Badanie układów biologicznych : Rośliny Alium Cepa L. BADANIA Biologiczne Se Zn Biomasa Aktywność mitotyczna Testy wzrostu Plantago lanceolata L. Chemiczne Skład pierwiastkowy Profil izotopowy Specjacja chemiczna Obrazowanie

13 Rośliny : metabolizm Se w Alium Cepa L. Kontrola Na 2 SeO 3 NaHSeO 3 Na 2 SeO 4 NaNH 4 SeO 4 Allium cepa L. 96 h, 10 mg Se/L

14 Długości przyrostów korzeni [cm] 7 Porównanie przyrostów korzeni cebuli jadalnej (Allium cepa L.), poddanej działaniu wybranych soli selenu 6 kontrola Se (IV) Na2SeO3 Se (IV) NaHSeO3 Se (VI) Na2SeO Czas trwania eksperymentu [h] Se (VI) NaNH4SeO 4 Kontrola Na 2 SeO 3 NaHSeO 3 Na 2 SeO 4 NaNH 4 SeO 4 Se (IV) Se (VI) Allium cepa L. 96 godzin hodowli, 10 mg Se/L

15 Rośliny : metabolizm Se w Alium Cepa L. e

16 GŁÓWNE FORMY SELENU WYSTĘPUJĄCE W ORGANIZMACH: seleniny seleniany jon trimetyloseleniowy dimetyloselen dimetylodiselen dimetaloselenki selenocysteina selenocystyna selenometionina Se-metyloselenocysteina -glutamylo-se-metyloselenocysteina selenocystationina selenohomocysteina selenocystamina Se-adenozyloselenohomocysteina 2- SeO 3 2- SeO 4 -(CH 3 ) 3 Se + (CH 3 ) 2 Se (CH 3 ) 2 Se 2 Me 2 Se H 3 N + -CH(COO - )-CH 2 -SeH H 3 N + -CH(COO - )-CH 2 -Se-Se-CH 2 -CH(COO - + )-NH 3 H 3 N + -CH(COO - )-CH 2 -CH 2 -Se-Me H 3 N + -CH(COO - )-CH 2 -Se-Me H 3 N + -CH(COO - )-CH 2 -CH 2 -CO-NH-CH(COO - )-CH 2 -Se-Me H 3 N + -CH(COO - )-CH 2 -Se-CH 2 -CH(COO - + )-NH 3 H 3 N + -CH(COO - )-CH 2 -CH 2 -SeH NH 2 -CH(COO - )-CH 2 -Se-Se-CH 2 -CH 2 -NH 2 NH 2 -CH(COOH)-CH 2 - CH 2 -Se-C 4 H 5 O 3 C 5 N 4 -NH 2

17 Rośliny : metabolizm Se w Alium Cepa L. Dlaczego cebula? Układy biologiczne słabo rozróżniają S od Se S rośliny bogate w siarkę mają potencjał do przyswajania Se Wykazano, że cebula ma zdolność do przeswajania znacznych ilości selenu i metabilozowania związków nieorganicznych do pochodnych organicznych 17

18 Rośliny : przygotowanie do badań Alium Cepa L Ekstrakt korzenia Se78 Se

19 Se : całkowita zawartość ICP MS selenium (mg/kg d.m.)

20 Transmisyjna Mikroskopia Elektronowa (TEM) V V N SP m M Pr m We wszystkich badanych kombinacjach: Pr AV n PrV m N ER Pr żywe, zdolne do metabolizowania komórki CW m selenu M m ER m Pr V ER V Pr M M Brak biotransformacji nie jest spowodowany tym, że komórki M G CW G G są martwe (kontrola biologiczna) CW

21 Rośliny: wzrost korzeni Alium Cepa L. Test Allium Podziały mitotyczne Komórek merystematycznych

22 indeks mitotyczny (%) Aktywność mitotyczna Test komórek Allium wierzchołków korzeni Allium cepa L. po podaniu Se (IV) i Se (VI) Przechowywanie ekstraktów 0 Kontrola Se (IV) Se (VI) Czas trwania eksperymentu [h] K Se (IV) Se (VI) Selen na czwartym stopniu utlenienia znacznie silniej hamował aktywność mitotyczną komórek wierzchołków merystematycznych korzeni

23 Rośliny : metabolizm Se w Alium Cepa L. HPLC ICP MS Pożywka zawierająca Se(IV) Pożywka zawierająca Se(VI) Biotransformacja Se(IV) w komórkach korzenia

24 Se-metylo-Se-cysteina Se (VI) Se-metylo-Se-cysteina HYDROPONIKA Se (IV) Se (VI) Se IV Se-metylo-Se-cysteina Se (VI) Se-metylo-Se-cysteina Se (VI) Se-metylo-Se-cysteina GLEBA Se (VI)

25 Se-metylo-Se-cysteina HYDROPONIKA Se(VI) Se VI Se-met-secysteina GLEBA Se(VI) Se-metylo-Se-cysteina Se(VI) Se(VI) Se Se-met-secysteina Se-met-secysteina Se(VI) Se(VI)

26 HPLC ICP MS : ekstrakty roślinne mieszanina wzorców LC-ICP MS

27 Identyfikacja Se-Met w ekstrakcie z czosnku / LC-ESI-(Orbitrap)-MS/MS HPLC-ESI-(Orbitrap)-MS/MS selenometionina 02_06_2015_mieszanina_wzorcow #5261 RT: 6.49 AV: 1 NL: 4.14E6 T: FTMS + c ESI d Full ms @hcd35.00 [ ] m/z

28 Hodowla hydroponiczna

29 Transport Se w Alium Cepa L. UNIVERSITY OF WARSAW BIOLOGICAL AND CHEMICAL RESEARCH CENTRE Intensity, cps LA ICP MS onion leaves after enrichment in Se(VI) Intensity, cps onion roots after enrichment in Se(VI) Se(IV) Intensity, cps Z Time, s onion leaves after enrichment in Se(IV) Y Intensity, cps Time, s part of onion root Se(VI) onion roots after enrichment in Se(IV) Time, s Time, s Z Y part of onion leaf part of onion root

30 root cap protoderm e d root tip cortex b procambiaal c a epidermis cortex mature root Z Z vascular cylinder Y Y 30

31 ROZMIESZCZENIE Se(VI) W CEBULI

32 Rośliny : rozmieszczenie Se w Alium Cepa L CH 3 -Se-cys Se-met (SeO 2-3 )aq Se VI CH 3 -Se-cys Se-met (SeO 3 2- )aq Se IV CH 3 -Se-cys Se-met (SeO 2-3 )aq (SeO 4 2- )aq (SeO 4 2- )aq (SeO 4 2- )aq leaf enriched in SeVI root enriched in SeVI root enriched in SeIV

33 PODSUMOWANIE Selen (IV) wchodzi w komórki roślin Se IV Zahamowanie podziałów komórkowych Biotransformacja Se (IV) w komórkach roślin Zahamowanie wzrostu korzeni roślin

34 Babka lancetowata i cynk Populacja hałdowa Bolesław Populacja referencyjna Zn Porównanie tolerancji N H Z czego wynika różnica w tolerancji między populacjami? a) zawartość całkowita cynku b) specjacja cynku c) rozmieszczenie cynku w tkankach i komórkach roślin 75 mg/l Zn

35 Plantago lanceolata L. Zn [mg/l] 35

36 Badanie specjacji w ekstraktach Rozdzielanie chromatograficzne: (SEC i IEC)

37 IEC SEC

38 polarność Masa cząsteczkowa

39 Mapowanie LA ICP MS metoda ablacji laserowej z jonizacją w_plazmie indukcyjnie sprzężonej bezpośrednia analiza wielopierwiastkowa (izotopowa) próbek stałych Komora ablacyjna jakościowo-ilościowa analiza materiału biologicznego (wzorzec wewnętrzny np. 13 C + materiały referencyjne) analiza punktowa lub mapowanie

40 LA ICP MS mapowanie Zn [ 66 Zn] Control (25 mg/l Zn 2+ ) Zn-enriched medium (75 mg/l Zn 2+ ) ppm 40 D.M.

41 Rozmieszczenie Zn w Plantago Lanceolata Zn deposits Metoda histochemiczna ditizonowa

42 TEM i mikroanaliza rentgenowska A B Z n Z n Zdjęcia TEM niekontrastowanych preparatów ultracienkich wykonanych z liści roślin P._lanceolata uprawianych na podłożu wzbogaconym w cynk. [A] wytrącenia zwierające cynk przylegające do ściany naczynia ksylemu. [B] wytrącenia zawierające cynk na terenie wakuoli parenchymy (miękiszu) drewna.

43 Rozmieszczenie Zn w Plantago Lanceolata λ ex. = 404 nm celuloza λ ex. = 488 nm Zn-Zinpyr-1 λ ex. = 641 nm chlorofil Mikroskopia konfokalna

44

45 Pomiary wielowymiarowe Komplementarne informacje Poznanie mechanizmu translokacji / bio-trasformacji