Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi

21 Pages·2013·0.59 MB·Turkish

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi
Afyon Kocatepe University Journal of Science and Engineering

AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001 (1-21) AKU J. Sci. Eng. 13 (2013) 021001 (1-21)
DOI: 10.5578/fmbd.6059 Derleme / Review

Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım

Hakan TERZİ, Mustafa YILDIZ
Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, Afyonkarahisar
e-posta: [email protected], [email protected]

Geliş Tarihi:04.07.2013; Kabul Tarihi:02.08.2013

Özet
Ağır metal kirliliği, insan sağlığını olumsuz etkileyen ve tarımsal verimde kayıplara neden olan önemli
çevresel tehlikelerden biridir. Bitki hücresinin en önemli fonksiyonu, kendi savunması için ağır metal
Anahtar kelimeler stresine karşı cevap vermektir. Ağır metal stresine cevap olarak fonksiyonel genler veya proteinlerin
Bitkiler; teşhisi stres cevaplarının moleküler mekanizmalarının anlaşılmasında önemli bir basamaktır. Protein
Ağır Metal; ekspresyonu sadece transkripsiyonel seviyede değil, aynı zamanda translasyonel ve post-translasyonel
Toksisite; seviyelerde de düzenlenmektedir. Bu nedenle, farklı stres koşulları altında bitki proteomundaki
Proteomik; değişimleri araştırmak önemlidir. Genom tarafından eksprese olan proteinlerin geniş ölçekli analizi
Kütle Spektrometrisi olarak tanımlanan proteomik, sadece proteomun tamamını tanımlamak için değil, aynı zamanda ağır
metal stresi gibi farklı fizyolojik koşullar altındaki proteomların karşılaştırılması için güçlü bir moleküler
araçtır. Bu derlemede, proteomik teknolojileri ve bitkilerde farklı metabolik olaylarda rolü olan ağır
metal teşvikli proteinler tartışılmıştır.

Heavy Metal Toxicity in Plants: Proteomics Approach
Abstract
Heavy metal contamination is one of the major environmental hazards, leading to losses in agricultural
yields and harmfully affecting human health. The most crucial function of plant cell is to respond
Key words against heavy metal stress for self-defence. The identification of the functional genes or proteins that
Plants; are involved in responses to heavy-metal stress is a fundamental step in understanding the molecular
Heavy Metal; mechanisms of stress responses. Protein expression is regulated not only at the transcriptional level,
Toxicity; but also at the translational and post-translational levels. Therefore, it is crucial to investigate the
Proteomics; changes in plant proteome under different stress conditions. Proteomics, defined as the large-scale
Mass Spectrometry analysis of proteins expressed by the genome, is not only a powerful molecular tool for describing
complete proteome, but also for comparative proteomes under different physiological conditions, such
as heavy metal stress. In this review, proteomics technologies, and heavy metal induced proteins which
play a role in different metabolic events in plants are discussed.
© Afyon Kocatepe Üniversitesi

1. Giriş yolla alınabilmektedir. Bu ağır metaller daha sonra
yapısal olarak benzerlik gösterdikleri esansiyel
Birçok ağır metal toprakta doğal olarak bulunmakla
birlikte, farklı endüstriyel uygulamalar sonucu elementler için var olan yolla veya diğer taşınım
çevreye yayılmaktadır. Bitkiler ağır metal mekanizmalarıyla toprak üstü organlara
toksisitesinin üstesinden gelebilmek için karmaşık taşınmaktadır (Ma et al. 2008). Ürün kaybına ek
fizyolojik ve biyokimyasal işlevler, gen ekspresyonu,
olarak tarımsal bitkilerde ağır metallerin birikimi
protein modifikasyonları ve metabolit
insan sağlığını ve tüm ekosistemi tehdit etmektedir
içeriklerindeki değişimlerin bir koordinasyonuna
(Satarug et al. 2003). Bu nedenle, kirlenmiş
gerek duymaktadır (Urano et al. 2010).
alanlardan ağır metallerin uzaklaştırılması oldukça

önemlidir. Organik kirleticilerin aksine ağır metaller
Bazı ağır metaller bitki gelişimi için gerekli olan
bilinen herhangi bir biyolojik işlem ile
elementlere benzediğinden direkt olarak köklere
parçalanamamakta ve bu nedenle ağır metallerin
girebilmekte ve esansiyel elementler için var olan
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
biriktirilmesi ve detoksifiye edilmesi için bitkilerin arasında zayıf korelasyon bulunması
kullanıldığı fitoremediasyon gibi etkili ve çevre transkripsiyonel analizlerde bazı sınırlamalara
dostu bir teknoloji ile kirlenmiş alanların neden olmaktadır (Rose et al. 2004; Bogeat-
iyileştirilmesi gerekmektedir (Pilon-Smits 2004). Triboulot et al. 2007). mRNA ve protein seviyeleri
Fitoremediasyon kirlenmiş alanlardan ağır arasında korelasyon belirlenmiş olmasına karşın
metallerin uzaklaştırılması için hiperakümülatör (Joosen et al. 2007; Li et al. 2007), protein
bitkilerin kullanıldığı gelecek vaat eden bir ekspresyonu sadece transkripsiyonel seviyede
yaklaşımdır. Bu nedenle, diğer birçok bitkinin değil, aynı zamanda translasyonel ve post-
aksine hiperakümülatör bitkiler toprak üstü translasyonel seviyelerde de düzenlenmektedir.
organlarında ağır metalleri yüksek seviyelerde Sonuç olarak, bitki proteomundaki değişimlerin
biriktirebilmelidir (Baker and Brooks 1989). araştırılması oldukça önemlidir.
Bununla birlikte, bu yaklaşımın uygulanması yeterli
biyokütle ve hızlı büyüme oranına sahip Proteomik yaklaşım, farklı proteomların
hiperakümülatör bitkilerin eksikliğinden dolayı karşılaştırılması temeline dayanmaktadır. Ağır
sınırlanmaktadır (Eapen and D’Souza 2005). Bu metaller gibi abiyotik stres çalışmalarında, kontrol
sınırlamaların üstesinden gelebilmek için istenilen ve uygulama grubu bitki dokularından izole edilen
özelliklere sahip genetik olarak modifiye edilmiş proteomlar karşılaştırılmaktadır (Kosová et al.
bitki türlerinin geliştirilmesine gerek 2011). İki-yönlü (2-D) elektroforez ile birlikte kütle
duyulmaktadır. Bu nedenle, hiperakümülatör spektrometrisi proteomik çalışmaların
bitkilerde ağır metal birikimi mekanizmasının gerçekleştirilmesinde en fazla kullanılan etkili bir
fizyolojik ve moleküler düzenlenmesinin iyi şekilde yoldur ve biyolojik fonksiyona sahip karmaşık
anlaşılması gerekmektedir. protein ağlarının çalışılmasına olanak
sağlamaktadır. Son yıllarda, bitki proteomu üzerine
Ağır metal stresine cevap ile ilişkili fonksiyonel gen ağır metal stresinin etkilerini inceleyen çalışmalar
veya proteinlerin teşhisi ağır metal toleransının artmıştır (Ahsan et al. 2010; Wang et al. 2011;
moleküler mekanizmalarının anlaşılmasında önemli Sharmin et al. 2012). Yapılan bu proteomik
bir basamaktır. Bu tarz bilgiler ağır metallerle analizler, ağır metal stresine cevap olarak bitki
kirlenmiş alanların fitoremediasyonu için toleranslı proteomunda meydana gelen değişimlerin
transgenik bitkilerin geliştirilmesini anlaşılmasına katkıda bulunmuş olmasına rağmen,
sağlayabilmektedir. Son zamanlarda, gen spesifik bir ağır metal için biyomarkörlerin teşhisini
ekspresyonundaki ağır metal teşvikli değişimler, sağlayacak ileri çalışmalara gereksinim
mikroçip analizleri ile mRNA seviyesinde duyulmaktadır. Bu nedenle, ağır metallerin
araştırılmış ve bitkilerde ağır metal cevaplarının translokasyonu, transformasyonu, içsel
anlaşılması için değerli bilgiler sağlamıştır alıkonulması ve hücre içerisinde bu metallerin
(Chakrabarty et al. 2009; Yu et al. 2012; Shen et al. detoksifikasyonunda muhtemel role sahip
2013). Bununla birlikte, bitkilerde ağır metal proteinlerin daha iyi tanımlanmasını sağlayacak
stresine cevap olarak eksprese olan proteinler ile proteomik üzerine yoğunlaşılması gerekmektedir
ilgili birçok soru cevapsız kalmaktadır. Bu nedenle, (Ahsan et al. 2009; Hossain and Komatsu 2013).
bir hücre hattı, doku veya organda eksprese olan
proteinlerin kapsamlı ve nicel analizi olan Bu derlemede, bitki proteomik çalışmalarında
proteomik, biyolojik sistemler ile ilgili genomik ve kullanılan farklı yaklaşımlar ve ağır metal teşvikli
transkriptomik yaklaşımlardan sağlanamayacak proteom değişimlerinin değerlendirilmesi
önemli bilgiler vermektedir. Çünkü transkriptlerin amaçlanmıştır.
aksine proteinler bitkilerdeki stres cevaplarını
direkt olarak yansıtmaktadır. Bununla birlikte,
mRNA’ların ekspresyon seviyeleri ve ilgili proteinler
2
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
2. Proteomik Teknikler ve Stratejiler 2006; Aina et al. 2007; Kieffer et al. 2008; Semane
et al. 2010) veya fenol temelli (Ingle et al. 2005;
Proteomik analizler bir örnek içerisindeki yüzlerce Bona et al. 2007; Ahsan et al. 2010; Sharmin et al.
proteinin nicel ve nitel olarak belirlenmesini 2012) metotlar sıklıkla kullanılmaktadır. Fenol
sağlayan etkili bir araçtır. Bununla birlikte, bu temelli metot glikoproteinlerin ekstraksiyonunu
analizlerin etkinliği örneklerin karmaşıklığı arttırmakta (Saravanan and Rose 2004) ve yüksek
tarafından sınırlanmaktadır. Bu sorunu aşmanın bir miktarda sekonder metabolit içeren bitki dokuları
yolu kütle spektrometrisi ile proteinlerin için yüksek çözünürlüklü protein profillerinin
teşhisinden önce bir (1-DE) veya iki-yönlü (2-DE) çıkarılmasını sağlayabilmektedir (Komatsu and
elektroforezin gerçekleştirilmesidir. Jel temelli Ahsan 2009).
proteomik stratejilerin yerini çözeltide protein
sindirimini takiben nanoLC (nano sıvı Metal toksisitesi ile ilişkili proteomik çalışmalarda
kromatografisi) temelli peptid fraksiyonu olmasına iki yönlü elektroforez (2-DE) ile kombine edilmiş
rağmen, bitkilerdeki proteomik çalışmaların çoğu 2- kütle spektrometri analizleri sık kullanılmaktadır.
DE’i takiben yapılan kütle spektrometrisi (Çizelge 1). İlk yön olan izoelektrik fokuslamada
analizleridir (Bah et al. 2010; Wang et al. 2011; (IEF), proteinler yüklerine göre ayrıştırılırken, ikinci
Sharmin et al. 2012). Sonuç olarak, proteomik yön olan sodyum dodesil sülfat poliakrilamid jel
analizler ile elde edilen referans haritaları herhangi elektroforezinde (SDS-PAGE) ise proteinler
bir zaman veya gelişimsel evrede bir hücre veya moleküler ağırlıklarına göre ayrıştırılmaktadır
dokudaki proteinler hakkında bilgi vermekte ve (Beranova-Giorgianni 2003).
proteomun daha sonraki analizleri için temel
oluşturmaktadır (Villiers et al. 2011). İki yönlü elektroforez büyük protein
komplekslerinin ayrıştırılması ve
Bitki dokularının proteinlerin çökelmesine neden görüntülenmesinde kullanılmaktadır. Bu teknik
olan polisakkaritler ve polifenoller gibi sekonder basitlik, üretkenlik ve geniş aralıktaki proteinlerin
metabolitleri yüksek miktarlarda bulundurması ve (10 ila 500 kDa) analiz edilmesine olanak
hücre çeperinin varlığından dolayı protein sağlamasının yanında kısmen hidrofobik ve oldukça
ekstraksiyonu en kritik ilk basamaktır (Cánovas et asidik veya bazik proteinlerin analiz edilmesine izin
al. 2004). Bununla birlikte, protein bolluğu, vermektedir. Bununla birlikte, düşük bolluktaki
moleküler ağırlık, yük, hidrofobisite ve translasyon proteinlerin görüntülenememesi, sınırlı pI aralıkları
sonrası modifikasyonlardaki farklılıklar ve diğer ve membran proteinlerinin kaybolması gibi
moleküller ile olan etkileşimden dolayı protein sebeplerden dolayı 2-DE bazı sınırlamalara maruz
ekstraksiyonu için ideal bir protokolün sağlanması kalmaktadır (Santoni et al. 2000).
oldukça zordur. Bitki dokularından proteinlerin
ekstraksiyonu için birçok protokol bildirilmiştir; İki yönlü elektroforeze ek olarak blue-native PAGE
fakat bitki türleri arasındaki farklılıklardan dolayı (BN-PAGE) tekniği hidrofobik ve/veya membran
aynı ekstraksiyon protokolünün kullanımı mümkün proteinlerinin analiz edilmesi için geliştirilmiştir
değildir ve farklı bitki türleri için ekstraksiyon (Schägger and von Jagow 1991). Blue-native (BN)
koşullarının modifiye edilmesi gerekmektedir ve SDS-PAGE tekniklerinin ardışık kullanımı,
(Carpentier et al. 2005; Wang et al. 2006). Bununla kloroplast gibi organellere ait protein
birlikte, trikloroasetik asit (TCA)/aseton ve fenol komplekslerinin iyi bir şekilde ayrıştırılmasını
temelli olmak üzere iki farklı ekstraksiyon yöntemi sağlamaktadır. Kısaca bu metotta protein
bitki dokularından proteinlerin ekstraksiyonu için kompleksleri organellerden izole edilmekte, protein
sıklıkla kullanılmaktadır. Metal stresine maruz komplekslerine bağlanan boya molekülleri
bırakılmış dokulardan protein ekstraksiyonu için (Coomassie gibi) ile muamele edilmekte ve PAGE ile
TCA/aseton (Requejo and Tena 2006; Sarry et al. ayrıştırılmaktadır. Coomassie boyanın
3
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
kullanımından dolayı bu teknik BN-PAGE olarak teşvikli değişimler BN-SDS PAGE ve 2-D BN/BN
adlandırılmaktadır (Ahsan et al. 2009). BN-PAGE PAGE ile ortaya konmuş ve Mn stresi ile ilişkili
proteinlerin doğal koşullar altında etkili şekilde proteinler nano-ölçekli LC-MS/MS ile
çözünmesini sağlamakta ve proteomdaki nicel tanımlanmıştır (Fecht-Christoffers et al. 2003; Führs
değişimlerin direkt olarak belirlenmesine izin et al. 2008).
vermektedir. Yaprak apoplast proteomundaki Mn

Çizelge 1. Bitkilerde ağır metal toksisitesi ile ilgili bazı proteomik çalışmalar (Ahsan vd. 2009’den değiştirilerek)
Metal Bitki Doku Örnek hazırlama Proteomik teknolojisi Kaynak
Al O. sativa Kök Protein çöktürme 2-DE, Fukuda et al. 2007
(TCA/Aseton) MALDI-TOF
O. sativa Kök Protein çöktürme 2-DE, Yang et al. 2007
(Aseton) MALDI-TOF
G. max Kök Protein çöktürme 2-DE, Zhen et al. 2007
(TCA/Aseton) MALDI-TOF
S. esculentum Kök Protein çöktürme (TCA) 2-D DIGE, MALDI-TOF- Zhou et al. 2009
TOF
As Z. mays Kök Protein çöktürme (TCA) 2-DE, Requejo and Tena 2005
MALDI-TOF
Z. mays Gövde Protein çöktürme (TCA) 2-DE, Requejo and Tena 2006
MALDI-TOF
O. sativa Kök Fenol ekstraksiyonu 2-DE, Ahsan et al. 2008
MALDI-TOF
O. sativa Yaprak Protein çöktürme 2-DE, Ahsan et al. 2010
(Aseton) MALDI-TOF
Cd A. thaliana Hücre Protein çöktürme (TCA) 2-DE, LC-MS Sarry et al. 2006
kültürü
O. sativa Kök Protein çöktürme 2-DE, Aina et al. 2007
(Aseton) MALDI-TOF
Lepidium sativum Hücre Protein çöktürme 2-DE, Gianazza et al. 2007
kültürü (Aseton) LC-MS/MS
O. sativa Tohum Protein çöktürme (PEG) 2-DE, Ahsan et al. 2007
MALDI-TOF
Populus nigra Hücre Protein çöktürme (PEG) 2-DE, Giovanna et al. 2010
Kültürü MALDI-TOF
Populus tremula Yaprak Protein çöktürme 2-DE, Kieffer et al. 2009
(TCA/Aseton) MALDI-TOF
Populus tremula Yaprak Protein çöktürme DIGE; MALDI-TOF/TOF Kieffer et al. 2008
(TCA/Aseton)
O. sativa Kök ve Protein çöktürme (PEG) 2-DE, Lee et al. 2010
yaprak MALDI-TOF
T. aestivum Yaprak Protein çöktürme (PEG) 2-DE, Cailin et al. 2009
MALDI-TOF
A. thaliana Kök Protein çöktürme 2-DE, Roth et al. 2006
(Fenol) MALDI-TOF
G. max Hücre Santrifügasyon SDS-PAGE, Sobkowiak and Deckert
kültürü RP-HPLC, Q-TOF 2006
T. caerulescens Kök ve 2-DE, Tuomainen et al. 2006
gövde MALDI-TOF
T. aestivum Kök Protein çöktürme 2-DE, Wang et al. 2011
(TCA/Aseton) MALDI-TOF
T. aestivum Yaprak Protein çöktürme 2-DE, Wang et al. 2010
(TCA/Aseton) MALDI-Q-TOF
L. esculentum Kök Protein çöktürme 2-DE, Rodríguez-Celma et al.
(Fenol) MALDI-TOF 2010
Cr Z. mays Fide Protein çöktürme 2-DE, Labra et al. 2006
(Aseton) MALDI-TOF/TOF
Typha angustifolia Yaprak Protein çöktürme 2-DE, Bah et al. 2010
(Fenol) MALDI-TOF/TOF
Miscanthus sinensis Kök Protein çöktürme 2-DE, Sharmin et al. 2012
(Fenol) MALDI-TOF/TOF
4
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
Çizelge 1 (Devamı). Bitkilerde ağır metal toksisitesi ile ilgili bazı proteomik çalışmalar (Ahsan vd. 2009’den
değiştirilerek)
Metal Bitki Doku Örnek hazırlama Proteomik teknolojisi Kaynak
Cu Cannabis sativa Kök Protein çöktürme 2-DE, Bona et al. 2007
(Fenol) MALDI-TOF
Cs G. max Tohum Sonikasyon ve Tuzdan 2-DE, LC-MS/MS Danchenko et al. 2009
arındırma
A. thaliana Hücre Protein çöktürme (TCA) 2-DE, MALDI-TOF Le Lay et al. 2006
kültürü
Cu O. sativa Fide Protein çöktürme (PEG) SDS-PAGE, MALDI-TOF Ahsan et al. 2007
O. sativa Tohum Sonikasyon ve 2-DE, MALDI-TOF Zhang et al. 2009
santrifügasyon
Mn Vigna ungiuculata Yaprak Protein çöktürme 2-DE, Fecht-Christoffers et al.
(Fenol) LC-MS/MS 2003
Vigna ungiuculata Yaprak Protein çöktürme 2-DE, Führs et al. 2008
(Fenol) LC-MS/MS
Ni Alyssum lesbiacum Kök Protein çöktürme 2-DE, Ingle et al. 2005
(Fenol) LC-MS/MS
Pb Helianthus annuus Yaprak Protein çöktürme 2-DE, Walliwalagedara et al.
(TCA/Aseton) ESI-MS/MS 2010
Zn A. halleri Gövde Protein çöktürme 2-DE, Farinati et al. 2009
(Aseton) nanoHPLC
ESI-Q-TOF

Diğer taraftan, tilakoid membran proteinlerinin kullanılmaktadır. Bu yazılımlar farklı jellerdeki
ayrıntılı şekilde ayrıştırılması ve teşhisi için yeni bir protein beneklerinin tespit edilmesi, bu beneklerin
üç boyutlu (3-D) doğal elektroforetik protokol eşleştirilmesi ve benek yoğunluklarının
geliştirilmiştir (D’Amici et al. 2008). İlk boyutta karşılaştırılmasında kullanılmaktadır. Diğer taraftan,
protein komplekslerinin doğal sıvı faz izoelektrik tek bir jel üzerinde birkaç örneğin eş zamanlı olarak
fokuslamasını (N-LP-IEF) takiben ikinci boyutta ayrıştırılması ve görsel hale getirilmesinde izin
protein komplekslerinin moleküler ağırlık ve pI’ları veren 2-D DIGE (difference gel electrophoresis)
kullanılarak blue-native elektroforez (2-DE NLP-IEF- tekniğinde, 2-D elektroforezden önce protein
BN) gerçekleştirilmektedir. Bu yöntem membran örnekleri çeşitli flüoresan boyalarla etiketlenerek
proteinlerinin çözünmesindeki zorlukları ve ağır metal teşvikli proteinler teşhis edilebilmektedir
sınırlamaları azaltmak için geliştirilmiştir (Timperio (Tonge et al. 2001; Kieffer et al. 2008; Evlard et al.
et al. 2008). 2013; Printz et al. 2013). 2-D DIGE tekniği, jeller
arasında gözlenen varyasyonları azaltmakta ve üç
Jel elektroforezini takiben proteomdaki nicel farklı boyanın (Cy1, Cy2 ve Cy3) kullanımıyla tek bir
değişimleri belirlemek için boyama ve görüntü jel üzerinde üç protein örneğinin karşılaştırılmasına
analizleri gerçekleştirilir. Coomassie brilliant blue olanak sağlamaktadır.
ve gümüş nitrat gibi boyama ajanları bitki
proteomundaki ağır metal teşvikli değişimlerin Kütle spektrometrisi (MS) teknolojisindeki ilerleme
analizinde sıklıkla kullanılmaktadır (Ahsan et al. sadece elektroforetik veya kromatografik
2010; Lee et al. 2010; Zhao et al. 2011; Sharmin et yöntemler ile elde edilen proteomik verilerin
al. 2012). Jel üzerinde protein benekleri kalitesi ve miktarında önemli artışa neden
boyandıktan sonra jeller görüntülenmekte ve özel olmuştur. Kütle spektrometrisi proteinlerin
yazılımlar ile analiz edilebilmektedir. Bu yazılımlar tanımlanmasının yanı sıra fosforilasyon ve
arasında, Progenesis (Nonlinear Dynamics), asetilasyon gibi translasyon sonrası
ImageMaster 2D Platinum (Ge Healthcare, modifikasyonların da belirlenmesini sağlamaktadır
Amersham Biosciences), PDQuest (Bio-Rad), (Bantscheff et al. 2012). Matriks destekli lazer
Proteovue (Eprogen) ve Phoretix 2D Advanced desorpsiyon iyonizasyon (MALDI) ile kristal halde ve
(PerkinElmer) gibi yazılımlar proteomik analizlerde elektrosprey iyonizasyon (ESI) ile solüsyon
5
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
içerisinde proteinler gibi büyük makromoleküller (isotope-coded protein label) ve iTRAQ (isobaric
analiz edilmektedir (Fenn et al. 1989; Tanaka et al. tags for relative and absolute quantitation) gibi
1988). Birçok proteomik uygulamada, 2-D birkaç strateji geliştirilmiştir (Kennedy 2002; Mann
elektroforez MALDI-TOF kütle spektrometrisi ile 2006; Zieske 2006; Kellermann 2008). Bununla
kombine edilmiştir (Çizelge 1). Bu yaklaşımda, her birlikte, bu ikinci nesil proteomik stratejilerinin bitki
bir protein beneğinin triptik sindirimi ile elde edilen proteomu üzerine ağır metallerinin etkisini
her bir peptidin kütleleri kullanılarak ilgili proteinin araştıran çalışmalarda kullanımı sınırlı kalmıştır.
peptid kütle parmak izleri (PMF) oluşturulmakta ve iTRAQ tekniği kullanılarak metal stresine maruz
daha sonra bu PMF’ler veritabanlarındaki teorik kalan arpa, Arabidopsis ve Brassica juncea
peptid kütleleri ile karşılaştırılarak proteinler bitkilerinde çok sayıda protein teşhis edilmiştir
tanımlanmaktadır (Yates 1998). Bununla birlikte, (Patterson et al. 2007; Alvarez et al. 2009;
PMF analizlerinde peptid kütleleri bir protein veya Schneider et al. 2009; Fukao et al. 2011). Patterson
DNA veritabanından üretilmiş teorik peptid vd. (2007), iTRAQ tekniğinin stresle ilişkili
kütleleri ile eşleştirildiğinden dolayı sadece genomu proteinlerin teşhisinde önemli bir potansiyele sahip
bilinen türler için gerçekleştirilebilir. Genom olduğunu ileri sürmüşlerdir. Sonuç olarak,
bilgilerinin olmadığı durumlarda, EST (large bitkilerdeki metal teşvikli proteom değişimlerinin
expressed sequence tag) veri setlerinin bazı bitki araştırılmasında klasik proteomik teknolojileri
türlerinde gerçekleştirilen proteomik sıklıkla kullanılırken, SILAC, ICAT, ICPL ve iTRAQ gibi
araştırmalarda etkin şekilde kullanılabildiği ikinci nesil proteomik teknolojilerinin kullanımı
gösterilmiştir (Requejo and Tena 2005; Visioli et al. yaygın olmamakla birlikte giderek artmaktadır.
2012). PMF yaklaşımı yaygın olarak kullanılmasına
3. Bitki Proteomundaki Ağır Metal Teşvikli
karşın, tek bir jel alanında birden fazla protein
Değişimler
olduğu durumlarda MS spektrumu karmaşık hale

gelmekte ve bu durum ilgili proteinin
Birçok proteomik çalışmada, bazı protein
tanımlanmasını imkansız hale getirmektedir. Bu
sınıflarının ağır metal stresine cevap olarak teşvik
potansiyel problemin üstesinden gelebilmek için
edildiği ve bu proteinlerin savunma ve uyum
bazı proteomik uygulamalarda, peptidlerin
süreçlerinde önemli rol oynayabileceği
sekanslanmasına izin veren ve daha güvenilir bir
gösterilmiştir (Çizelge 2). Bitkilerde ağır metal
protein tanımlanmasını sağlayan ardışık kütle
stresi, metal bağlayıcı ligandlar ile şelatlama,
spektrometrisi (MALDI-TOF/TOF veya LC-MS/MS)
antioksidant savunma sistemi ve şaperonlar gibi
kullanılmıştır (Çizelge 1). Ardışık kütle
birkaç savunma mekanizmasını teşvik etmektedir.
spektrometrisi amino asit sekansı ve spesifik Bununla birlikte, ağır metal stresine cevap olarak
kimyasal modifikasyonları ortaya koyarak protein patojenle ilişkili (PR) proteinlerin sentezinde artış
yapısı hakkında kesin bilgi sağlamaktadır. Bu görülmektedir. Ayrıca, ağır metaller fotosentez ve
yöntem kompleks peptid karışımlarının yapısal fotosolunum gibi primer metabolizmada
karakterizasyonunu sağlayarak protein değişimlere neden olabilmektedir (Çizelge 2)
tanımlanması için daha güvenilir sonuçlar (Ahsan et al. 2009).
vermektedir. Bununla birlikte, MS/MS bilinmeyen
proteinlerin ve translasyon sonrası 3.1. Karbondioksit Özümlemesi ve Fotosentez ile
modifikasyonların teşhisi için de uygulanmaktadır İlişkili Proteinler
(Timperio et al. 2008; Wang et al. 2013).
Ağır metal stresi altındaki bitkilerde farklı şekilde
Kantitatif proteomik stratejisi ile ilgili olarak protein eksprese olan proteinlerin büyük çoğunluğunu
ve peptidlerin etiketlenmesi temeline dayanan ICAT fotosentez ile ilişkili proteinler oluşturmaktadır
(isotope-coded affinity tag), SILAC (stable-isotope (Farinati et al. 2009; Ahsan et al. 2010; Zhao et al.
labeling by amino acids in cell culture), ICPL 2011). RuBisCO (ribuloz 1,5-bifosfat
6
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
karboksilaz/oksijenaz) çözünebilir yaprak bağlayıcı altbirim, RuBisCO büyük altbiriminin
proteininin %30-70’ini oluşturmakta (Douillard and katlanması için gerekli bir proteindir (Boston et al.
Mathan 1994) ve fotosentezde önemli rol 1996). RuBisCO aktivaz, RuBisCO’nun katalitik
oynamaktadır. RuBisCO, karbon metabolizmasının aktivitesini sağlamaktadır (Portis 2003).
ilk basamağı olan CO fiksasyonunu kataliz Fosforibulokinaz, Calvin döngüsünün CO
2 2
etmektedir. Bununla birlikte, RuBisCO-bağlayıcı fiksasyonu için bir alıcı molekül olan ribuloz-1,5-
altbirim, RuBisCO aktivaz ve fosforibulokinaz CO bifosfatın oluşumunu kataliz etmektedir (Miziorko
2
fiksasyonu için gerekli bileşenlerdir. RuBisCO- 2000).

Çizelge 2. Metal stresine cevap olarak proteomik analizlerle belirlenmiş proteinler ve fonksiyonları (Ahsan vd.
2009’den değiştirilerek)
Protein Fonksiyon Metal Kaynak
Al, As, Fecht-Christoffers et al. 2003; Bona et al. 2007;
APX, CS, CAT, DHAR, GSH1, GPX, GST, Antioksidatif Cd, Cr, Ahsan et al. 2010; Bah et al. 2010; Cai et al. 2011;
MDHAR, POD, Prx, SOD, Trx savunma Cu, Mn, Wang et al. 2011; Sharmin et al. 2012; Hossain et
Ni, Pb al. 2012a, Song et al. 2013
Şaperonin 60, HSP70, Dnaj-benzeri protein, Al, As, B, Ingle et al. 2005; Tuomainen et al. 2006;
küçük HSP, Şaperonin 21, DnaK-tip Şaperonlar Cd, Cu, Patterson et al. 2007; Ahsan et al. 2008; Zhao et
moleküler şaperon, HSP101, PDI Hg, Ni al. 2011; Wang et al. 2013a; Chen et al. 2012
Al, As, B,
SAMS, ACC oksidaz, OPR, CHS, lipoksigenaz, Sinyal molekülleri Labra et al. 2006; Aina et al. 2007; Fukuda et al.
Cd, Cs,
ABP19, jasmonat-teşvikli protein-benzeri, Sekonder 2007; Patterson et al. 2007; Ahsan et al. 2008;
Cr, Cu,
oksin-teşvikli protein metabolizma Wu et al. 2013
Hg
As, B,
Cd, Co, Führs et al. 2008; Cailin et al. 2009; Li et al. 2009;
RuBisCO büyük ve küçük altbirimler, CO özümlemesi
2 Cu, Hg, Ahsan et al. 2010; Bah et al. 2010; Tuomainen et
RuBisCO aktivaz Fotosentez
Mn, Pb, al. 2010; Zhao et al. 2011; Hossain et al. 2012b
Zn
PR-1 protein, PR protein P4, PR protein 5-1,
PR10-benzeri proteinler, PR protein 5
Al, B, Cd, Patterson et al. 2007; Zhen et al. 2007; Führs et
öncüsü, sınıf I kitinaz, kitinaz 2, kitinaz III Patojen savunma
Cu, Mn, al. 2008; Farinati et al. 2009; Zhang et al. 2009;
C10701, kitinaz 4, taumatin-benzeri protein
Hg, Pb Walliwalagedara et al. 2010; Cai et al. 2011
1, taumatin-benzeri protein TLP5, taumatin-
benzeri protein PR-5a, -1,3-glukanaz

Metal stresine cevap olarak RuBisCO proteininin protein miktarındaki azalmanın yanında RuBisCO
miktarındaki azalma birçok bitki türünde rapor aktivitesinde de önemli bir azalmanın olduğu
edilmiştir (Hajduch et al. 2001; Führs et al. 2008; bildirilmiştir (Nováková et al. 2004). Karbon
Kieffer et al. 2009; Ahsan et al. 2010; Zhao et al. fiksasyonu proteinlerinin miktarındaki azalmayla
2011). Bununla birlikte, RuBisCO alt birimlerindeki birlikte, fotosentezin ışık evresi, fotosistem II
azalma Cd stresine maruz kalan hiperakümülatör kompleksi ve klorofil biyosentezi ile ilişkili
Thlaspi caerulescens bitkilerinde de belirlenmiştir proteinlerin miktarında da azalma olduğu rapor
(Tuomainen et al. 2006). Ayrıca, As’e toleranslı bitki edilmiştir (Kieffer et al. 2008). Sonuç olarak, ağır
türlerinin yanı sıra toleranslı bitkilerde de RuBisCO metal stresine cevap olarak fotosentezdeki
alt birimlerinin As stresine cevap olarak azaldığı inhibisyon ve klorofil üretimindeki azalmanın
bildirilmiştir (van Keulen et al. 2008; Duquesnoy et RuBisCO ve diğer fotosentezle ilişkili proteinlerin
al. 2009; Ahsan et al. 2010). Arsenik stresi altındaki miktarındaki azalmadan kaynaklanabileceği
bitkilerde fotosentezdeki azalmanın RuBisCO alt bildirilmiştir (Ahsan et al. 2009).
birimlerindeki azalma ile ilişkili olabileceği
belirtilmiştir (Ahsan et al. 2010). Bununla birlikte,
7
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
Fotosentez ile ilişkili proteinlerin (klorofil a/b et al. 2012b; Sharmin et al. 2012; Visioli et al.
bağlayıcı proteinin özel alt birimleri ve fotosistem 2012).
II’nin membran ekstrinsik altbirimi miktarındaki
artış Cd ve Zn stresine maruz bırakılan Gliseraldehit-3-fosfat dehidrogenaz (GAPDH),
hiperakümülatör A. halleri (Farinati et al. 2009) ve fruktoz-1,6-bifosfatın gliseraldehit-3-fosfat ve
As stresine maruz bırakılan Pteris vittata sonunda 1,3-bifosfogliserata dönüşümünü sağlayan
bitkilerinde (Bona et al. 2010) belirlenmiştir. Benzer bir housekeeping enzimdir. Bununla birlikte, Giege
sonuçlar, Zn/Cd hiperakümülatörü Arabis vd. (2003), bu enzimin programlanmış hücre
paniculata ve Pb hiperakümülatörü H. annuus ölümü, DNA onarımı ve DNA replikasyonunda işleve
bitkilerinde de belirlenmiştir (Walliwalagedara et sahip olduğunu bildirmiştir. Birçok proteomik
al. 2010; Zeng et al. 2011). Ağır metal stresi altında çalışmada, ağır metal stresine cevap olarak GAPDH
artan enerji ihtiyacı, hiperakümülatör türlerde proteininin farklı şekilde eksprese olduğu
miktarı artan fosforibulokinaz, fruktozbifosfat belirtilmiştir (Kieffer et al. 2009; Ahsan et al. 2010;
aldolaz ve RuBisCO’nun büyük altbirimi gibi enerji Sharmin et al. 2012). Arsenik stresi altındaki çeltik
metabolizması ve Calvin döngüsü ile ilişkili yapraklarında artan GAPDH miktarından dolayı As
enzimlerin aktivasyonunu gerektirmektedir (Bona stresi sırasında karbohidrat metabolizmasının
et al. 2010; Zeng et al. 2011). Farinati vd. (2009), köklere göre yapraklarda daha aktif olduğu
ağır metal stresi altındaki bitkilerde ışık toplayıcı bildirilmiştir (Ahsan et al. 2010). Domates
komplekslerin alt birimlerinin (klorofil a/b bağlayıcı köklerinde glikolitik yolla ilişkili GADPH, pirüvat
protein) aşırı ekspresyonunun tüm hücresel dehidrogenaz ve enolaz enzimlerinin 10 µM Cd
metabolizmanın artan enerji ihtiyacını karşılamak uygulamasında arttığı, buna karşın 100 µM Cd
için gerekli olduğunu belirtmiştir. Bununla birlikte, uygulamasının bu enzimlerin ekspresyonunu
T. caerulescens bitkilerinin hassas aksesyonlarına baskıladığı rapor edilmiştir (Rodríguez-Celma et al.
göre toleranslı aksesyonlarında bazı Calvin döngüsü 2010). Bununla birlikte, Cd’a toleranslı Brassica
enzimlerinin (RuBisCO büyük altbirimi, juncea bitkilerinde glikolitik enzimlerin 250 µM Cd
gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenaz ve uygulamasında azaldığı, Arabidopsis thaliana
sedoheptuloz-1,7-bifosfat) daha fazla eksprese bitkilerinde ise 10 µM Cd uygulamasında arttığı
olduğu bildirilmiştir (Tuomainen et al. 2006). Bah bildirilmiştir (Sarry et al. 2006; Alvarez et al. 2009).
vd. (2010), Cr(VI) stresi altındaki bitkilerde ATP Kadmiyum stresine maruz kalan bitkilerde
sentaz, RuBisCO küçük altbirimi ve karbohidrat metabolizması ile ilişkili proteinlerin
koproporfirinojen III oksidazın ekspresyonunun ekspresyonundaki değişimlerin doz ve türe bağlı
artmasından dolayı bu proteinlerin Cr(VI) olduğu belirtilmiştir (Rodríguez-Celma et al. 2010).
detoksifikasyonunda ve klorofil biyosentezi ve Bununla birlikte, enolaz ve GAPDH gibi glikolitik yol
karbon metabolizmasının yüksek seviyelerde ile ilişkili proteinlerin Cr(VI) altındaki Miscanthus
sürdürülmesinde önemli rol oynadığını rapor sinensis köklerinde azaldığı ve bu nedenle glikolize
etmiştir. karbon akışının Cr(VI) stresi tarafından inhibe
edildiği ileri sürülmüştür (Sharmin et al. 2012).
3.2. Primer Karbon ve Enerji Metabolizması ile
Chen vd. (2012), enolaz ve fruktokinaz gibi
İlişkili Proteinler
enzimlerin Hg stresi altındaki çeltik köklerinde

Ağır metal stresi birçok katabolik yolu etkilemekte azaldığı ve karbohidrat metabolizmasının ciddi
ve ATP üretimini azaltmaktadır. Ağır metal stresine şekilde Hg stresinden etkilendiğini belirtmiştir.
maruz kalan bitkilerde artan enerji ihtiyacına cevap Song vd. (2012), Cu’a toleranslı çeltik köklerinde
olarak enerji metabolizması (karbohidrat pirüvat dekarboksilaz miktarının azaldığı ve bu
metabolizması, pentoz fosfat yolu ve trikarboksilik nedenle karbonun etanol fermantasyonundan
asit döngüsü) ile ilgili birçok enzimin miktarı ziyade trikarboksilik asit (TCA) döngüsüne
değişim göstermektedir (Ahsan et al. 2010; Hossain katıldığını bildirmiştir.
8
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
Pirüvat dehidrogenaz kompleksinin (PDC) de belirlenmiştir (Fukuda et al. 2007; Ahsan et al.
bileşenleri, akonitaz, NADP-bağımlı malik enzim 2010). Bununla birlikte, Phytolacca americana
(NADP-ME), süksinat dehidrogenaz ve malat bitkilerinin tilakoid membranlardaki CF1 ATP
dehidrogenaz (MDH) gibi TCA döngüsü ile ilişkili sentazın  altbiriminin Cd stresine cevap olarak
enzimlerin ekspresyonundaki değişimler ağır metal artış gösterdiği belirtilmiştir (Zhao et al. 2011).
stresine maruz kalan bitkilerde belirlenmiştir Diğer taraftan, düşük Cd uygulamasının (10 µM)
(Ahsan et al. 2010; Rodríguez-Celma et al. 2010; ATP sentazın beta alt biriminin miktarında artışa
Chen et al. 2012). Dihidrolipoamid dehidrogenaz, neden olduğu belirtilmiştir. Bununla birlikte, yüksek
plastidlerde PDC, mitokondrilerde ise glisin Cd uygulamasının (100 µM) ATP sentaz ve sitokrom
dekarboksilaz kompleksinin (GDC) alt birimidir. c redüktaz altbirimlerini azaltarak enerji üretimini
Karbonun TCA döngüsüne girişini düzenleyen PDC baskıladığını bildirilmiştir (Rodríguez-Celma et al.
ve fotosolunumun mitokondriyal basamağını kataliz 2010). Benzer sonuçlar Cd stresine maruz bırakılan
eden GDC solunumda önemli rol oynamaktadır. Bu Solanum torvum köklerinde de belirlenmiştir (Wu
nedenle, PDC ile ilgili proteinlerin miktarındaki artış et al. 2013). Ağır metallerin etkilerinin metal tipi,
glikolitik ürünlerin TCA döngüsüne girişini bitki türü ve dokuya bağlı olarak değişebilmektedir
arttırabilmektedir (Ahsan et al. 2010). Ağır metal (Ahsan et al. 2009).
stresine cevap olarak bu proteinin ekspresyonunda
3.3. Kükürt ve Glutatyon Metabolizması ile İlişkili
artış gözlenmiş olmasına karşın (Fukuda et al. 2007;
Proteinler
Ahsan et al. 2010; Sharmin et al. 2012), ağır metal

stresindeki kesin rolü henüz bilinmemektedir. Karbon metabolizmasına ek olarak kükürt
metabolizması da ağır metal stresinden
Bitkilerde farklı metabolik yollara katılan NADP- etkilenmektedir (Chen et al. 2012; Hossain et al.
ME’ler solunum ve ATP üretimi için mitokondrilere 2012; Song et al. 2013). Bitkilerde S-adenozil-L-
pirüvat sağlamaktadır. Bununla birlikte, NADP- metiyonin (SAM) birkaç transmetilasyon
ME’in çevresel stresler ile ilişkili olarak savunma reaksiyonunda önemli bir metil vericisidir (Van
reaksiyonlarında fonksiyon gördüğü bildirilmiştir Breusegem et al. 1994). L-metiyonin ve ATP’den
(Casati et al. 1999). Tuz, ozmotik ve kuraklık stresi SAM sentetaz ile SAM oluşmaktadır. Kobalamin-
altındaki çeltik bitkilerinde NADP-ME transkript ve bağımsız metiyonin sentaz (MS) ise L-homosisteine
NADP-ME aktivitesinin arttığı bulunmuştur (Liu et bir metil grubunun transferini kataliz etmektedir
al. 2007; Ke et al. 2009). Ayrıca, Arabidopsis (Pejchal and Ludwig 2005). Metal stresine maruz
bitkilerinde aşırı NADP-ME ekspresyonunun tuz ve kalan birçok bitki türünde gerçekleştirilen
ozmotik stres toleransına katkıda bulunduğu proteomik çalışmalarda SAMS ve MS enzimlerinin
belirtilmiştir (Cheng and Long 2007; Liu et al. 2007). miktarında artış belirlenmiştir (Farinati et al. 2009;
Arsenik stresi altındaki bitkilerde artan NADP-ME Ge et al. 2009; Zhao et al. 2011). Ayrıca, Cd stresi
aktivitesinin yüksek enerji üretimi ile ilişkili altındaki hücrelere uygulanan SAM’in koruyucu
olabileceği bildirilmiştir (Ahsan et al. 2010). etkiye sahip olduğu gösterilmiştir (Noriega et al.
2007). Bu enzimlerin metiyonin oluşumu ve metil
Mitokondri membranlarında ADP’den ATP döngüsündeki ara reaksiyonların kataliz
oluşumunu kataliz eden mitokondriyal ATP sentazın edilmesindeki fonksiyonundan dolayı (Sarry et al.
miktarının arttığı ve bu nedenle Cr(VI) stresi altında 2006), bu proteinlerin miktarındaki artışın
mitokondriyal solunumun artabileceği belirtilmiştir metiyonin seviyesinde bir artışa neden olabileceği
(Sharmin et al. 2012). Bununla birlikte, ATP üretimi ve bu artışın Cd toksisitesinin üstesinden gelmede
için gerekli dihidrolipoamid dehidrogenaz (pirüvat birçok biyosentetik yoldaki metilasyon reaksiyonları
dehidrogenazın E-3 bileşeni) enziminin miktarında için gerekli metil gruplarının sağlanmasıyla
artış belirlenmiştir. Bu enzimlerin miktarındaki artış sonuçlanabileceği bildirilmiştir (Zhao et al. 2011).
Al ve As stresine maruz bırakılan çeltik bitkilerinde Bununla birlikte, çeltik bitkilerinde Cu stresinin
9
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001
Bitkilerde Ağır Metal Toksisitesi: Proteomik Yaklaşım, Terzi ve Yıldız
SAM sentetaz miktarını arttırdığı, buna karşın MS miktarında azalmaya neden olduğu belirtilmiştir
ekspresyonunu azalttığı ve bu durumun metiyonin (Lee et al. 2010; Zeng et al. 2011; Hossain et al.
seviyesinde azalmaya neden olabileceği 2012a; Sharmin et al. 2012). Foto-oksidatif stres
bildirilmiştir (Song et al. 2013). koşullarında, GS proteininin hidroksil radikalleri
tarafından süratle parçalandığı rapor edilmiştir
İnorganik kükürt özümlemesinde anahtar bir enzim (Ishida et al. 2002). Sharmin vd. (2012), Cr(VI) stresi
olan sistein sentaz (CS) sistein amino asidini altındaki bitkilerde GS miktarındaki azalmanın artan
sentezlemektedir. Protein yapısına katılmasının oksidatif stres koşullarına bağlı olduğunu
yanı sıra sistein enzimatik olmayan bir antioksidant bildirmiştir. Bununla birlikte, Cr(VI) stresi altındaki
olan glutatyonun (GSH) öncüsüdür. Bitkilerde γ- bitkilerde azot metabolizması ile ilgili bir enzim olan
glutamilsistein sentetaz (γ-ECS) ve glutatyon nitrat redüktaz proteininin miktarında azalma
sentetaz enzimleri tarafından GSH belirlenmiştir (Sharmin et al. 2012). Diğer taraftan,
sentezlenmektedir. GSH ise sisteince zengin ve ağır Cd stresine maruz bırakılan Arabidopsis thaliana ve
metal bağlayıcı özelliğe sahip fitoşelatinlerin soya fasulyesi bitkilerinde GS proteininin
(PC’ler) öncüsüdür (Cobbett and Goldsbrough ekspresyonunda artış belirlenmiştir (Semane et al.
2002). Çeltik köklerinde Cu stresinin kükürt 2010; Hossain et al. 2012a). GS proteininin
özümlemesi ve GSH biyosentezi ile ilgili proteinlerin ekspresyonundaki artış daha fazla GSH oluşumuna
ekspresyonunda artışa neden olduğu bildirilmiştir neden olabilmektedir. GSH biyosentezindeki artış,
(Song et al. 2013). Bununla birlikte, bu proteinlerde oksidatif strese karşı hücresel savunma
CS’nin bakıra hassas çeltik çeşidine göre toleranslı mekanizmasının artmasının yanı sıra metal bağlama
çeşitte daha fazla oranda eksprese olduğu kapasitesinin de artması anlamına gelmektedir
belirtilmiştir. Diğer taraftan, kükürt özümlemesi ve (Verbruggen et al. 2009).
GSH metabolizması ile ilgili enzimleri kodlayan bazı
genlerin Pb tarafından teşvik edildiği rapor 3.5. Antioksidant Savunma ve Detoksifikasyon ile
edilmiştir (Liu et al. 2009). Song vd. (2012), Cu İlişkili Proteinler
stresi altındaki çeltik bitkilerinde GSH, PC ve
MT’lerin sentezi için artan sistein gereksinimi Bitkilerde ağır metal stresinin etkilerinden biri de
karşılamak amacıyla kükürt özümlemesinin arttığını oksidatif stresle ilişkili birkaç enzimin
ileri sürmüştür. Ingle et al. (2005), hiperakümülatör ekspresyonundaki değişimlerdir. Ağır metal stresi
Alyssum lesbiacum bitkilerinde kükürt altındaki bitkilerde reaktif oksijen türlerinin
metabolizması ile ilgili bazı proteinlerin Ni temizlenmesinde fonksiyon gören askorbat-
toleransında önemli bir rol oynayabileceğini glutatyon döngüsü enzimlerinin yanı sıra birçok
bildirmiştir. Diğer taraftan, Hg stresine maruz kalan antioksidant enzimin arttığı proteomik çalışmalarla
çeltik köklerinde CS ekspresyonunun ve GSH gösterilmiştir (Alvarez et al. 2009; Wang et al. 2010;
içeriğinin azaldığı ve GSH içeriğindeki azalmanın Chen et al. 2012). Süperoksit dismutaz (SOD),
artan PC biyosentezinden veya CS süperoksit radikallerinin (O ) hidrojen perokside
2
ekspresyonundaki azalmadan kaynaklanabileceği (H O ) dönüşümünü katalizleyen detoksifikasyon
2 2
belirtilmiştir (Chen et al. 2012). işleminin ilk enzimidir. Birçok proteomik çalışma
metal toksisitesinin SOD proteininin miktarında
3.4. Azot Metabolizması ile İlişkili Proteinler artışa neden olduğunu göstermiştir (Labra et al.
2006; Alvarez et al. 2009; Wang et al. 2013a).
Glutamin sentetaz (GS) amonyum özümlemesinde Alvarez et al. (2009), Brassica juncea bitkilerinde Cd
önemli bir enzimdir. Bu enzim, glutamini stresinin Fe-SOD proteininin miktarında artışa,
oluşturmak için amonyum iyonları ile glutamatın Cu/Zn-SOD proteininin miktarında ise azalmaya
ATP bağımlı birleşmesini kataliz etmektedir. Ağır neden olduğunu bildirmiştir. Araştırmacılar, bu
metal stresinin bazı bitki türlerinde GS proteininin durumun Cd stresinin Cu ve Zn alınımını
10
AKÜ FEMÜBİD 13 (2013) 021001