SZTE TTK NÖVÉNYÉLETTANI TANSZÉKhttp://www.sci.u-szeged.hu/plantphys
Növényélettan II. Növekedés- és fejlődésélettan 2004/2005 II. félév
SZTE TTK NÖVÉNYÉLETTANI TANSZÉKhttp://www.sci.u-szeged.hu/plantphysNövényélettan 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 (EL8. hét márc.24 Etilén (TI)9. hét márc. 31. Tavaszi szünet10. 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. Dolgozat15. hét máj. 12. Értékelés________________________________________________________Ajánlott irodalom:Taiz-Zeiger: Plant PhysiologyErdei 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 témáka fotoszintézis tárgykörében
Dr. Horváth Ferenc
Szakdolgozati témáka növényi membrántranszporttárgykörében
Technikai háttér:
Új laboratórium a legmodernebb berendezésekkel
HEKA EPC 10 patch clamp erősítőNikon TS100F fluoreszcens inverz mikroszkópRezgésmentes pneumatikus asztalNarishige mikromanipulátorHEK 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 génexpresszióAz E. coli lac operonja
Az eukarióta gén és mRNS szerkezete
mRNS-t kódoló szakaszFehérjét kódoló
szakasz5’ vég 3’ vég
szabályozó
Szabályozó régió
DNS 5’
Minimum promóter
Terminációs jel
Szabályozó régió
polyA
I IE EGC-box
TATACAAT
transzkripció
pre-mRNS
splicingmRNS
m7G”sapka”
polyA
polyA
A hisztonok módosítása és a kromatin rendezettsége
DNS DNS
nukleoszómasolenoid
Nem-acetilált hisztonokAcetilált hisztonok
nukleoszóma
Transzkripciós faktor
DNS-szál
Eukarióta transzkripciós apparátus
Aktivátorokenhancer
represszor
RNS polimeráz II
Általános transzkripciós faktorokKoaktivátor 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 szakaszsplicing
• Citoplazma
• Transzláció riboszómához kötődés, transzláció, „targeting”
• Poszttranszlációs események fehérjeszerkezet kialakítása
Jelek, receptorok, jelátvitelÁltalános alapelvek
• A jel (szignál)környezeti tényezők, belső faktorok
• Jelérzékelés (szignál percepció)receptorok
membrán-kapcsolt események és receptorokcitoplazmikus receptorok
• Jelátvitel (szignál transzdukció)Erősítés (citoplazma)
második hírvivőkprotein kinázok, jelproteineknukleáris transzport
Dekódolás „értelmezés”, (nukleusz)transzkripció
• Válaszreakció Transzláció, proteinszintézis, adaptáció
A szignalizációs hálózat elemei és fragmentumai…
Fényreceptorokhoz kapcsolódó hálózatokfitokrómok, kriptokrómok
Hormonokhoz kapcsolódó utaketilén percepció és szignallizációcitokinin percepció és szignallizációbrasszinoszteroid…. gibberellin…auxin szignallizációnem-konvencionális utak (jázmonsav, peptidek, oligoszacharidok)
A funkció szempontjából tekintve…csírázás és nyugalmi állapotszeneszcencia és programozott sejthalálabiotikus és biotikus stressztápanyagellátás, nutriensek hiánya vagy többletenövekedés és fejlődés, fotomorfogenezisintercelluláris és szupraindividuális kommunikáció
A szignalizációs hálózat mérete, flexibilitása, redundanciája
Méret: a genom a jelentős hányadaArabidopsis 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 modellezéseA 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 2A két-komponensű rendszer
Jelátvitel Prokariotákban 3Az E. coli ozmoregulációs rendszere
szenzor protein
válaszregulátor
input
transzmitter
ompC expresszálódik (kis pórus)ompF represszálódik (nagy pórus)
Jelátvitel Eukariotákban 1Másodlagos hírvivők: a jel amplifikálása
Jelátvitel Eukariotákban 2Szteroid receptorok mint transzkripciós faktorok (állati példa)
Növényi szteroidhormon:
Brasszinoszteroid,receptora azonban membrán-kötöttBRI1 (brassinosteroid insensensitive 1,leucine-rich repeat LRR) Ser-Thr kináz
Jelátvitel Eukariotákban 3 A heterotrimér G-protein és a szerpentin-receptor
Jelátvitel Eukariotákban 4A foszfolipáz C út: IP3 és diacil glicerol
Jelátvitel Eukariotákban Az inozitol triszfoszfát (IP3) 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 6Kalcium és inozitol triszfoszfát (IP3) együttműködés
Jelátvitel Eukariotákban 7Kalcium 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 90Hideg sokk 0 4-5 30Hiperozmotikum 5 10 30Anoxia 60 120 300Elicitorok 5-10 20 45-60Kék fény 3-6 20-30 90Szél 0 0,3 15Hősokk 60-180 600 1800
Jelátvitel Eukariotákban 8Kalcium – kalmodulin (CaM) és a kinázok
CaM-kötő protein kináz (CBK) – Ser/Thr
Növényekben liliom portok, kukorica, rizs
Schematic representation of CCaMK showing various structural features.
Jelátvitel Eukariotákban 9CBK expresszió dohányban
Jelátvitel Eukariotákban 10Kalcium – függő protein kinázok (CDPK)
Kalmodulin-inszenzitív, Ca-függőKét 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 palmitoylation motif (*).
Jelátvitel Eukariotákban 10Kalcium – függő protein kinázok (CDPK)
•
A receptor(-szerű) tirozin kináz (RTK)
LigandExtracelluláris domén
KötőhelyDimerizáció Autofoszforiláció
Transzmembrán domén
Citoplazmatikusdomén Kináz
katalitikusdomén
foszfotirozinok Grb2
Raf ködődéseaz aktivált Ras-hoz
MAP kináz kaszkád
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 nm
A 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
PrPfr
Cisz/transz izomerizáció
A fitokróm rendszer
Kromofór-kötő domének
A fitokróm rendszer
A fitokróm rendszer
•
A fitokróm rendszerCa-szignalizáció
A fitokróm rendszer:az árnyék érzékelése
A fitokróm rendszera szomszéd…
A kék fény receptorai:kriptokrómok
A kék fény receptorai:a kriptokrómok és a fototropin
Flavoproteinek
LOV domén: Light, Oxygen, Voltage
A kék fény receptorai:kriptokrómok
A kék fény receptorai:kriptokrómok
A hormonok jelátviteli útjai:Auxinok
Gibberellinek
Citokinin
Abszcizinsav
Jázmonsav
VÉGE
• Köszönöm a figyelmet