Ziemniak Polski 2014 nr 1

23

P

P

P

E

E

E

R

R

R

O

O

O

K

K

K

S

S

S

Y

Y

Y

D

D

D

A

A

A

Z

Z

Z

Y

Y

Y

–

–

–

M

M

M

A

A

A

Ł

Ł

Ł

E

E

E

E

E

E

N

N

N

Z

Z

Z

Y

Y

Y

M

M

M

Y

Y

Y

O

O

O

W

W

W

I

I

I

E

E

E

L

L

L

K

K

K

I

I

I

M

M

M

Z

Z

Z

N

N

N

A

A

A

C

C

C

Z

Z

Z

E

E

E

N

N

N

I

I

I

U

U

U

mgr Anna Pawłowska, dr Krzysztof Treder

IHAR-PIB, Pracownia Diagnostyki Molekularnej i Biochemii w Boninie

e-mail: [e-mail]

nzymy to wielkocząsteczkowe, w
większości białkowe katalizatory przy-
ś

pieszające reakcje chemiczne, które

zachodzą w organizmach żywych. Determi-
nują one wszystkie procesy metaboliczne i
biochemiczne, są więc podstawą istnienia
ż

ycia. Bez nich reakcje zachodziłyby zbyt

wolno lub za mało wydajnie, żeby organizm
mógł sprawnie funkcjonować. Takimi enzy-
mami są peroksydazy, należące do klasy
oksydoreduktaz, które katalizują wiele istot-
nych reakcji komórkowych, zwłaszcza doty-
czących utleniania biologicznego. Peroksy-
dazy katalizują reakcje utleniania nadtlen-
kiem wodoru wielu różnych substratów orga-
nicznych i nieorganicznych (Liao i in. 1999).
Produkty utleniania często są barwne lub
zdolne do fluorescencji czy luminescencji, co
jest podstawą metod wykrywania aktywności
peroksydaz. Mechanizm działania peroksy-
daz można przedstawić równaniem (Chmie-
lewska 1953):

AH

2

+H

2

0

2

→

A+2H

2

0

gdzie: AH2 i A to, odpowiednio, substrat w
stanie zredukowanym i utleniony produkt
reakcji.

Zdecydowana większość peroksydaz ma

bardzo podobną budowę. Ich część niebiał-
kową, czyli grupę prostetyczną lub inaczej
koenzym, stanowi hem, który jest luźno po-
łączony z częścią białkową – apoenzymem.
Ich masy cząsteczkowe mieszczą się w
przedziale 32 000-100 000 daltonów. Ziem-
niaczane peroksydazy tworzą kilka izome-
rycznych form, czyli odmiennych fizycznie
postaci enzymu, lecz ich role do tej pory nie
zostały poznane.

Peroksydazy na podstawie pochodzenia i

ułożenia aminokwasów w ich strukturze zo-
stały podzielone na 3 klasy:

●

klasa I, do której są zaliczane peroksyda-

zy bakteryjne i peroksydaza askorbinowa;
●

klasa II, w której znajdują się peroksydazy

grzybowe;
●

klasa III – glikoproteiny zbudowane z biał-

ka i oligocukrów. Są one obecne w roślinach
wyższych. Należy do niej peroksydaza
chrzanowa (HRP) wyizolowana z korzeni
chrzanu i powszechnie używana do celów
komercyjnych (Welinder 1992).

Rys. 1. Budowa przestrzenna peroksydazy

chrzanowej (ang. horseradish peroxidase, HRP)

Źródło:

http://www.bio.davidson.edu/courses/

mol-

bio/molstudents/ spring2003/rizi/project% 201.htm

Peroksydazy są obecne we wszystkich

organizmach żywych. Ich bogatym źródłem
są rośliny, np. ziemniak i chrzan. Z prac
Mioduszewskiej i innych

(1998) wynika, że

peroksydazy to enzymy bardzo ważne dla
procesu tworzenia się bulw ziemniaka,
stwierdzono bowiem zdecydowanie wyższą

E

Ziemniak Polski 2014 nr 1

24

ich aktywność podczas zawiązywania się
bulw. U wszystkich roślin odgrywają ważną
rolę w regulacji procesów wzrostu i rozwoju.
Ponadto biorą udział w takich procesach jak:
wczesny rozwój roślin, kiełkowanie, dojrze-
wanie owoców, starzenie się oraz opadanie
liści. Uczestniczą w procesie lignifikacji, czyli
nasycania się ścian komórek roślinnych li-
gniną, która nadaje im sztywność.

Enzymy te stanowią również pierwszą li-

nię obronną roślin. Ich aktywność szybko
wzrasta, kiedy roślina reaguje na patogen
czy stres, np. zbyt wysokie dawki nawozu,
zbyt niską temperaturę czy zanieczyszczenie
powietrza. Peroksydazy biorą udział w
ochronie tkanek przed drobnoustrojami cho-
robotwórczymi (Chittoor i in. 1997) i owada-
mi (Garcia-Laraa i in. 2007) oraz w procesie
gojenia się ran (Mohan i in. 1993). Dlatego
też wraz z katalazą mogą być dobrym mar-
kerem stresów fizjologicznych w roślinie.

W surowej i przetworzonej żywności ak-

tywność peroksydaz odpowiada za nieko-
rzystne zmiany koloru, tekstury i wartości
odżywczej w czasie jej przechowywania (Fils
i in. 1985). Peroksydazy z uwagi na ich od-
porność termiczną stosuje się jako wskaźnik
blanszowania (McLellan, Robinson 1981).
Dodatni wynik testu na obecność peroksy-
daz świadczy o nieskutecznym procesie
blanszowania warzyw, a więc o braku utraty
zdolności szkodliwych enzymów do aktyw-
nego działania. Produkt z aktywnymi pero-
ksydazami podczas przechowywania będzie
podlegał reakcji ciemnienia enzymatyczne-
go. Ponadto peroksydazy dodaje się do pie-
czywa w celu sieciowania białek, dzięki
czemu ciasto zyskuje na jakości.

Peroksydazy są również stosowane w

medycynie do konstruowania biosensorów
do oznaczania markerów nowotworowych, w
zestawach do oznaczania cholesterolu, glu-
kozy i laktozy. W testach biomedycznych
ELISA używa się ich do detekcji patogenów
takich jak wirusy czy bakterie oraz toksyn
(Hamid, Khalil-ur-Rehman 2009). W ostatnim
dwudziestoleciu wykazano, że peroksydazy
można wykorzystać do usuwania zanie-
czyszczeń fenolowych z roztworów wod-
nych, co może stanowić dobrą alternatywę
dla konwencjonalnych sposobów oczysz-
czania ścieków. Enzymy te mogą działać na
szeroki zakres substratów i być również ka-

talizatorem degradacji lub usuwania zanie-
czyszczeń organicznych obecnych w bardzo
niskich stężeniach (Husain, Jan 2000).

Chociaż peroksydazy są szeroko rozpo-

wszechnione w królestwie roślin, dzisiaj ko-
mercyjnie dostępna jest jedynie peroksydaza
z korzeni chrzanu. Izolacja z takiego mate-
riału jest bardzo kosztowna, dlatego ważne
jest, aby znaleźć alternatywne źródło jej po-
zyskiwania. Podejmowano próby uzyskania
peroksydazy m.in. z orzeszków ziemnych
(Watsin i in. 1998), kapusty (McLellan, Ro-
binson 1987), rzepy (Hamed i in. 1998), lecz
sporządzone preparaty nie znalazły zasto-
sowania komercyjnego.

Dobrym źródłem peroksydazy mogą być

ziemniaki i odpady przemysłu ziemniacza-
nego. Stanowią one ogólnodostępny i tani
materiał do izolacji tych enzymów. A więc
peroksydaza z ziemniaków mogłaby być
atrakcyjnym zamiennikiem chrzanowej.

W Pracowni Diagnostyki Molekularnej i

Biochemii IHAR-PIB w Boninie opracowano i
opatentowano sposób otrzymywania pero-
ksydaz z wycierki ziemniaczanej. W Polsce
jest to surowiec tani i łatwo dostępny. Istotą
wynalazku jest wymywanie peroksydaz
związanych na powierzchni ścian komórko-
wych za pomocą kwaśnych (pH 4-5) roztwo-
rów soli (sodowej, potasowej, litowej, wap-
niowej i magnezowej). Kwaśny odczyn za-
pewnia dodatek kwasów organicznych i nie-
organicznych. Efektywne stężenie soli mieści
się w zakresie od 0,1 do 2 M. Wyekstraho-
wane substancje oddziela się poprzez wiro-
wanie lub filtrację. Obecność peroksydaz
stwierdzono na podstawie reakcji utleniania
gwajakolu w obecności nadtlenku wodoru
(Lewosz 2004).

Obecnie w Pracowni są prowadzone ba-

dania nad uzyskaniem peroksydazy z zuży-
tych pożywek stanowiących odpad w pro-
dukcji roślin in vitro w

Pracowni Zasobów

Genowych i Kultur in Vitro. Opracowano pro-
stą procedurę ekstrakcji enzymów oraz dwu-
etapowy proces izolacji. Uzyskane enzymy
charakteryzują się stosunkowo dużą trwało-
ś

cią w warunkach chłodniczych i wysoką

aktywnością. Trwają prace nad optymaliza-
cją nowej procedury i jej adaptacją do izolacji
peroksydaz z innych rodzajów odpadów
ziemniaczanych.

Ziemniak Polski 2014 nr 1

25

Literatura

Chittoor J. M., Leach J. E., White F. 1997. Differen-
tial induction of peroxidase gene family during infection

of rice by Xanthomonas oryzae Pv. Oryzae. – Molecu-

lar Plant – Microbe Interactions. 10: 861-871; 2.

Chmielewska J. 1953. Biologiczne procesy oksydore-

dukcyjne. PWN Warszawa; 3. Fils B., Sauvage F. X.,

Nicolas J. 1985. Tomato peroxidase purification and
some properties. – Sciences des Aliments 5: 217- -

232; 4. Garcia-Laraa S., Arnasonb J. T., Diaz-Pon-

tonesc D., Gonzalez C. E., Bergvinsona D. J. (2007).
Soluble Peroxidase Activity in Maize Endosperm As-

sociated with Maize Weevil Resistanc. – Crop Sci. 47:

1125-1130; 5. Hamed P. R., Maharem T. M., Fatah M.

M. A., Ataya F. S. 1998. Purification of peroxidase

isoenzymes from turnip roots. – Phytochemistry 48

(1998): 1291-1294; 6. Hamid M., Khalil-ur-Rehman
2009. Potential applications of peroxidases. – Food

Chem. 115, 1177-1186; 7. Husain Q., Jan U. 2000.
Detoxification of phenols and aromatic amines from

polluted wastewater by using phenol oxidases. – J. Sci

Ind. Res. 59: 286-293; 8. Lewosz J. Opis patentowy,

195200, PL.. Zgłosz. P. 357963 z dnia 23.12.2002.

Opubl. 28.06.2004. Sposób otrzymywania peroksyda-

zy z wycierki ziemniaczanej. Instytut Hodowli i Aklima-

tyzacji Roślin, Radzików, PL. Twórca: Jerzy Lewosz;

9. Liao X., Zhu X., He P. 1999. A cationic peroxidase

from leaves of Vitis pseudoreticulata. – Phytochemistry

51 (1999): 143-145; 10.

McLellan K. M., Robinson D.

S. 1981. The heat stability of purified spring cabbage

peroxidase isoenzymes. – Food Chem. 26 (1987): 97-

-107; 11. McLellan K. M., Robinson D. S. 1987. The

effect of heat on cabbage and Brussels sprout peroxi-

dase enzymes. – Food Chem. 7 (1981): 257-266;

12. Mioduszewska H., Bielińska-Czarnecka M., Klo-
cek J. 1998. Zmiany aktywności peroksydaz w rośli-

nach ziemniaka hodowanych w kulturach in vitro. [W:]

Botanika polska u progu XXI wieku. Mater. symp. i

obrad sekcji 51 Zjazdu PTB Gdańsk, 15-19.09.1998.

PTB Gdańsk: 334; 13. Mohan R., Bajar A. M., Kolat-

tukudy P. E. 1993. – Plant Mol. Biol. 21: 341-354;

14. Watsin I. N., Watson L. M., Murray T. A., Lige B.,

Van Huystee R. B., McManus M. T. 1998. Identifica-
tion of two further cationic peroxidase isoenzymes

secreted by peanut cells in suspension culture. – Plant

Physiol. Biochem. 36 (1998): 591-599; 15. Welinder

K. G. 1992. Superfamily of plant, fungal and bacterial

peroxidases. – Curr. Opin Struct. Biol. 2: 388-393