SZTE TTK NÖVÉNYÉLETTANI TANSZÉK http://www.sci.u-szeged.hu/plantphys
Növényélettan II. Növekedés- és fejlődésélettan 2004/2005 II. félév
SZTE TTK NÖVÉNYÉLETTANI TANSZÉK http://www.sci.u-szeged.hu/plantphys
Növényélettan II. Növekedés- és fejlődésélettan 2004/2005 II. félév. Csütörtök 8-10., TTK előadó
________________________________________________________
1. hét febr. 03. Jelátvitel és génexpresszió (EL) 2. hét febr. 10. Növekedés és fejlődés (EL) 3. hét febr. 17. Auxin I.(TI)
4. hét febr. 24. Auxin II (TI) 5. hét márc. 03 Gibberellinek (TI) 6. hét. márc. 10. Citokininek (EL) 7. hét márc. 17. Abszcizinsav (EL 8. hét márc.24 Etilén (TI)
9. hét márc. 31. Tavaszi szünet 10. hét ápr. 07. BR, JA. (TI)
11. hét ápr. 14.. SA, Poliminok, NO (TI) 12. hét ápr. 21. Fitokróm (EL)
13. hét ápr. 28. Virágzás (EL)
14. hét máj. 05. Dolgozat
15. hét máj. 12. Értékelés
________________________________________________________
Ajánlott irodalom:
Taiz-Zeiger: Plant Physiology
Erdei L. (szerk): Növényélettan. Növekedés- és fejlődésélettan (JATEPress 2004) Index aláírás feltétele: Elfogadott (66%-os) dolgozat.
Kollokvium (3 kredit)
Ára:
1600,- Ft
www.sci.u-
szeged.hu/plantphys
A Növényélettani Tanszék
diploma- és szakdolgozati témái
Jelátviteli folyamatok követése
fluoreszcenciás mikroszkópiásan
Ca2+-koncentráció változások dohány sejtszuszpenzió kultúrákban (Dr.
Szabó Margit egy.
docens)
A Növényélettani Tanszék
diploma- és szakdolgozati témái
Fitoremediáció
BÚZAKALÁSZ:
a szemfeltöltődés folyamatának szabályozása szárazság-stressz alatt
A széndioxid fixáció (Dr. Horváth Ferenc)
Citokinin-szint változások (GC-MS) (Dr. Bartók Tibor, GKI)
1, A nitrogén monoxid fotoszintézisre gyakorolt
hatásának vizsgálata quenching analízis segítségével 2, A piretroid típusú inszekticidek fotoszintetikus
elektrontranszport gátlásának finomabb feltárása
Technikai háttér:
PAM-2000 impulzus amplitúdó modulált fluorométer LCpro+ szén-dioxid fixációs készülék fluoreszcenciás száloptikai modullal
Szakdolgozati témák
a fotoszintézis tárgykörében
Szakdolgozati témák
a növényi membrántranszport tárgykörében
Technikai háttér:
Új laboratórium a legmodernebb berendezésekkel
HEKA EPC 10 patch clamp erősítő
Nikon TS100F fluoreszcens inverz mikroszkóp Rezgésmentes pneumatikus asztal
Narishige mikromanipulátor
HEK sejtvonalak fenntartásához inkubátor, sterilfülke
1, A KAT1 ioncsatorna működésének vizsgálata
alacsony kálium koncentráció mellett, heterológ expressziós rendszerben 2, A nitrogén monoxid ioncsatorna működést reguláló szerepe zárósejtekben
Dr. Horváth Ferenc
Génexpresszió, receptorok
és jelátvitel
A prokarióta génexpresszió
Az E. coli lac operonja
Az eukarióta gén és mRNS szerkezete
mRNS-t kódoló szakaszFehérjét kódoló
szakasz
5’ vég 3’ vég
s z a b á l y o
Szabályozó régió
DNS 5’
Minimum promóter
Terminációs jel Szabá
lyozó régió polyA
I E I E
GC-box
TATA CAAT
transzkripció pre-mRNS
splicing
mRNS
m7G”sapka”
polyA polyA
A hisztonok módosítása és a kromatin rendezettsége
DNS DNS
nukleoszóma solenoid
Nem-acetilált hisztonok Acetilált hisztonok
nukleoszóma Transzkripciós faktor
DNS-szál
Eukarióta transzkripciós apparátus
Aktivátorok
enhancer
represszo r
RNS polimeráz II
Általános transzkripciós faktorok Koaktivátor fehérjék
silencer
Génexpresszió – összefoglalás, szabályozás
• Szabályozási szint Szabályozó lépések
• Sejtmag
• Genom Kromatin expresszálható gén
• Transzkripció mRNS szintézis, cisz-, transz-ható elemek
• RNS érés, transzlokáció 5’ ”sapka”, 3’ poliA szakasz splicing
• Citoplazma
• Transzláció riboszómához kötődés, transzláció, „targeting”
• Poszttranszlációs események fehérjeszerkezet kialakítása
Jelek, receptorok, jelátvitel
Általános alapelvek
• A jel (szignál)
környezeti tényezők, belső faktorok
• Jelérzékelés (szignál percepció) receptorok
membrán-kapcsolt események és receptorok citoplazmikus receptorok
• Jelátvitel (szignál transzdukció) Erősítés (citoplazma)
második hírvivők
protein kinázok, jelproteinek nukleáris transzport
Dekódolás „értelmezés”, (nukleusz) transzkripció
• Válaszreakció
A szignalizációs hálózat elemei és fragmentumai…
Fényreceptorokhoz kapcsolódó hálózatok fitokrómok, kriptokrómok
Hormonokhoz kapcsolódó utak
etilén percepció és szignallizáció citokinin percepció és szignallizáció brasszinoszteroid….
gibberellin…
auxin szignallizáció
nem-konvencionális utak (jázmonsav, peptidek, oligoszacharidok) A funkció szempontjából tekintve…
csírázás és nyugalmi állapot
szeneszcencia és programozott sejthalál abiotikus és biotikus stressz
tápanyagellátás, nutriensek hiánya vagy többlete növekedés és fejlődés, fotomorfogenezis
intercelluláris és szupraindividuális kommunikáció
A szignalizációs hálózat mérete, flexibilitása, redundanciája
Méret: a genom a jelentős hányada
Arabidopsis 75% (csak kinázra 600, TF-re 2000 gén) E. coli: 10% (3000-ből 300 gén)
Plaszticitás háttere
Redundancia: megbízhatósáag
Modularitás: egy komponens több lánc eleme Stabilitás: hálózatok szoros összeköttetése
nincsenek csak lineáris utak
Dinamizmus: gyenge válasz/intenzív válasz
– Matematikai modellezés
A szignalizációs hálózat modellezése
A Boole algebra
A szignalizációs hálózat modellezése
Jelátvitel Prokariotákban 1
Két-komponensű szabályozó rendszer:
szenzor protein (input és transzmitter domén)
válasz-regulátor protein (fogadó és output domén) autofoszforiláló hisztidin kinázok
példa növényekben: fitokróm
etilén és citokinin receptor
Jelátvitel Prokariotákban 2
A két-komponensű rendszer
Jelátvitel Prokariotákban 3
Az E. coli ozmoregulációs rendszere
szenzor protein
válaszregulátor input
transzmitter
ompC expresszálódik (kis pórus) ompF represszálódik (nagy pórus)
Jelátvitel Eukariotákban 1
Másodlagos hírvivők: a jel amplifikálása
Jelátvitel Eukariotákban 2
Szteroid receptorok mint transzkripciós faktorok
(állati példa)Növényi szteroidhormon:
Brasszinoszteroid,
receptora azonban membrán-kötött BRI1 (brassinosteroid insensensitive 1, leucine-rich repeat LRR) Ser-Thr kináz
Jelátvitel Eukariotákban 3
A heterotrimér G-protein és a szerpentin-receptor
Jelátvitel Eukariotákban 4
A foszfolipáz C út: IP
3és diacil glicerol
Jelátvitel Eukariotákban
Az inozitol triszfoszfát (IP
3) szerepe
Jelátvitel Eukariotákban 5
A foszfolipáz C (PLC) és az inozitol triszfoszfát (IP3) szerepe
Növényekben még a PLA is fontos szerepet játszik: a
felszabaduló linolénsav (18:3) jázmonsav
képződéséhez vezet
Jelátvitel Eukariotákban 6
A kalcium, mint másodlagos hírvivő
A jel analóg (amplitudó) és
digitális (frekvencia) kódolása
Jelátvitel Eukariotákban 6
Kalcium és inozitol triszfoszfát (IP
3)együttműködés
Jelátvitel Eukariotákban 7
Kalcium információs hálózat
Kalcium tranziensek jellemző paraméterei
különböző környezeti tényezők hatására dohány csíranövényekben.
Az adatokat a kalcium-érzékeny lumineszcens protein, az aequorin segítségével kapták
Jel Lag periódus Felfutási idő A tranziens életideje (s)
Oxidatív sokk 30 10 90
Hideg sokk 0 4-5 30
Hiperozmotikum 5 10 30
Anoxia 60 120 300
Elicitorok 5-10 20 45-60
Kék fény 3-6 20-30 90
Szél 0 0,3 15
Hősokk 60-180 600 1800
Jelátvitel Eukariotákban 8
Kalcium – kalmodulin (CaM) és a kinázok
CaM-kötő protein kináz (CBK) – Ser/Thr
Növényekben liliom portok, kukorica, rizs
Jelátvitel Eukariotákban 9
CBK expresszió dohányban
Jelátvitel Eukariotákban 10
Kalcium – függő protein kinázok (CDPK)
Kalmodulin-inszenzitív, Ca-függő
Két domén: CaMK-hoz hasonló és egy kalmodulinhoz hasonló Növényekben általánosan elterjedt
Structure of Calcium-ependent protein kinases CDPKs are a class of serine and threonine protein kinases that is unique to plants. They consist of a
modular and highly conserved structure in which the calmodulin-like domain containing EF-hand calcium binding motives (black boxes) is tethered via a peptide linker (referred to as junction domain; stippled box) to the protein kinase domain. Some isoforms contain a N-terminal myristoylation and
Jelátvitel Eukariotákban 10
Kalcium – függő protein kinázok (CDPK)
•
A receptor(-szerű) tirozin kináz (RTK)
Ligand Extracelluláris domén
Kötőhely
Dimerizáció Autofoszforiláció
Transzmembrán domén
Citoplazmatikus
domén Kináz
katalitikus domén
foszfotirozinok Grb2
Raf ködődése az aktivált Ras-hoz
MAP kinázok és PKC, CDK
A foszfokináz C ioncsatornákat, protein kinázt foszforilálhat.
Sejtciklus szabályozása:
Ciklin-dependens kinázok, CDK,
Thr/ser kinázok
A MAP kináz rendszer a stresszválasz fő
szereplője (hideg sokk, sebzés, érintés,
kórokozók).
Tranziens aktiválódás 1
perc alatt!
Protein alapú szignalizáció
Szisztemin:
sebzési reakció (rovarrágás esetén proteináz inhibítor szintetizálódik)
A 14-3-3 proteinek:
a jelátviteli folyamatok
„mindenes” segítői.
Stresszválasz kialakítása
Protein alapú szignalizáció
Oxidatív stressz:
kis jelmolekulák
Oxidatív stressz:
kis jelmolekulák
A növények fényreakciói
• Fotoszintézis
PAR 400-700 nm• Fotomorfogenezis
fitokróm rendszer 666/730 nm• Fototropizmusok
kékfény válaszok 400-500 nm• UV-B sugárzás
280-320 nmA fényreceptorok
• A fitokrómok és kriptokrómok
• (Előzetes )
A fitokróm rendszer
A fényreceptorok :
A fitokrómok és kriptokrómok
A fitokróm két formájának abszorpciós spektruma
Pr
Pfr
A fitokróm rendszer
Pr
Pfr
Cisz/transz izomerizáció
A fitokróm rendszer
Kromofór-kötő domének
A fitokróm rendszer
A fitokróm rendszer
•
A fitokróm rendszer
Ca-szignalizáció
A fitokróm rendszer:
az árnyék érzékelése
A fitokróm rendszer
a szomszéd…
A kék fény receptorai:
kriptokrómok
A kék fény receptorai:
a kriptokrómok és a fototropin
Flavoproteinek
LOV domén: Light,
