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