Upload
juro
View
40
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Nobel, 1991. Zdrojová buňka. Co se děje v produkční buňce ??. Jsou zde transportní procesy, které ovlivňují chování produkční buňky a následný transport mimo buňku ??. Regulace související s transportními ději ??. Zdrojová buňka. Alokace uvnitř zdrojové buňky. chloroplast. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Co se děje v produkční buňce ??
Nobel, 1991
Jsou zde transportní procesy, které ovlivňují chování produkční buňky a následný transport mimo buňku ??
Regulace související s transportními ději ??
Zdrojová buňka
Zdrojová buňka
Transport a distribuce sacharidů v produkční Transport a distribuce sacharidů v produkční mezofylové mezofylové (zdrojové) buňce(zdrojové) buňceRychlost fotosyntézy - řízena poptávkou po produktu
Inhibice fotosyntézy při nadbytku produktů má-li být rychlost fotosyntézy vysoká --- nutnost odvodu produktů:
odvod ze zdrojového listu floémem (aktivita SE/CC)
odvod z produkující buňky – do jiné buňky
do apolastu
odvod z chloroplastu
Alokace uvnitř zdrojové buňky
syntéza sacharózy
Trióza-PRegenerace intermediátů
Syntéza škrobu
Transport z chloroplastuMobilizace
Trióza-PRegenerace intermediátů
Syntéza škrobu
Transport z chloroplastuMobilizace ch
loro
pla
st
cyto
sol
metabolický pool
transportní pool
skladovací pool
Mezofylová buňka dospělého listu fazolu obsahuje 30-40 chloroplastů 3,5. 109 chloroplastů /100 cm2 listové plochy
112 mg glukózy/ 10 hod……….. což je 1,3x více než váží chloroplasty samy
syntéza škrobu v chloroplastu ukládání do vakuoly
Starch (formers) Starch (formers) accumulatorsaccumulators (Rostliny přednostně akumulující škrob)
pufrování poolu cukrů pro export a utilizaci v buňce
Sucrose (formers) Sucrose (formers) accumulatorsaccumulators(Rostliny přednostně akumulující sacharózu)
Fructan accumulators
(Rostliny přednostně akumulující fruktany)
chloroplast
trióza -P
F-6-P
vakuola
S-P
hexózy
sacharózaškrob
S
Zdrojová buňka
Ukládání do vakuoly Kromě sacharózy transportovány i hexózy, sorbitol, manitol, myo-inositol,
jak difúzí, tak aktivním transportem
Př.:Př.:
hexózy
Rozdělování trióza-P mezi chloroplast a Rozdělování trióza-P mezi chloroplast a cytosolcytosolPriorita: udržení konstantního toku asimilátů
Fruktóza 1,6 bis-P
ADPG
Calvinův cyklus
Trióza-P Trióza-P Pi
Sacharóza 6-PPi
Pi
Pi
Škrob Sacharóza
Fruktóza 6-P
UDPG
Zdrojová buňka
Zdrojová buňka
Př.:Př.: Transgenní rostliny bramboru: vnesení cDNA TPT pod 35CaMV promotorem v antisense orientaci
Redukce syntézy mRNA TPT redukce obsahu proteinu o 20-30% snížení transportní kapacity
V časných fázích trpasličí fenotyp, později při nižších hladinách ozářenosti:
0 ovlivnění rychlosti fotosyntézy
-“- celkového nárůstu biomasy
-“- výnosu hlíz
ALE ! Výrazné ovlivnění rozdělování asimilátů
Sacharóza
Škrob
Ukládání škrobu ve dne:Původní typ: 40% asimilátů – škrob Transformant: 60-80% asimilátů - škrob
Mobilizace škrobu v noci:
75% transportu probíhajícího ve dne
150-250% -“-
Původní typ : Transformant
V noci kompenzace transportu z chloroplastu transportem glukózy (maltózy)
Inhibice fotosyntézy
Nízká konc. Pi
Role koncentrace PiRole koncentrace Pi
F-1,6 bis-P
ADPG
Calvinův cyklus
Trióza-P Trióza-P
S- 6-P
Škrob Sacharóza
F- 6-P
UDPG
PiPiPi
Zdrojová buňka
Inhibice fotosyntézy
Vysoká konc. Pi
Nízká konc. Pi
Role koncentrace PiRole koncentrace Pi
F-1,6 bis-P
ADPG
Calvinův cyklus
Trióza-P Trióza-P
S- 6-P
Škrob Sacharóza
F- 6-P
UDPG
PiPiPi
X
F-1,6 bis-P
ADPG
Calvinův cyklus
Trióza-P Trióza-P
S- 6-P
Škrob Sacharóza
F- 6-P
UDPG
PiPiPi
Inhibice fotosyntézy
Zdrojová buňka
Rouached et al., 2010
Regulace dostupnosti Pi
•PHR1 : PHOSPHATE STARVATION RESPONSE 1
Syntéza sacharózy a škrobu v mezofylové Syntéza sacharózy a škrobu v mezofylové buňcebuňce
cytosol
Škrob
ADP
glykolýza
Trióza-PTrióza-P
PiFruktóza 1,6 bis-
P
Sacharóza 6-P
Sacharóza
ADPGázaGlukóza
1-P
UDP-Glukóza
ATP Pi
Pi
PPi
Fruktóza 6-P Fruktóza 2,6 bis-P
kináza
fosfatáza
pentóz. cyklusGlukóza 6-P
UTP
PPi
SPSlowSPShigh
kináza
fosfatáza
chloroplast
Fruktóza 6-P
Fruktóza 1,6 bis-P
Glukóza 1-P
ATP
PPi
ADP-Glukóza
FFK- fosfofruktokináza
FBF- fruktózabisfosfátfosfatáza
FFF- PPi- dependentní fosfofruktokináza
Zdrojová buňka
Podle : Kruger and Ratcliffe, 2012
Metabolické dráhy a toky
Regulace syntézy sacharózy v Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňce mezofylové buňce
cytosolcytosol
Reakce je reverzibilních
loro
pla
st
ch
loro
pla
st
Trióza-PTrióza-PPi
Fruktóza 1,6 bis-Fruktóza 1,6 bis-PP
Sacharóza 6-PSacharóza 6-P
SacharózaSacharóza
Glukóza 1-Glukóza 1-PP
UDP-UDP-GlukózaGlukóza
Pi
PPi
Fruktóza 6-PFruktóza 6-P
kináza
fosfatáza
Glukóza 6-Glukóza 6-PP
UTP
PPi
SPSlowSPShigh
kináza
fosfatáza
Pi
Pi
Trióza-PTrióza-P
inhibice
aktivace
F-6-PF-6-P
PPi
Fruktóza 2,6 bis-Fruktóza 2,6 bis-PP
FFFFFF FBFFBF
P
Zdrojová buňka
FFK- fosfofruktokináza
FBF- fruktozabisfosfátfosfatáza
FFF- PPi- dependentní fosfofruktokináza
FFKFFK
PEPPi
PyruvátPyruvát
Pi
F-6-P
Trióza-P
Pi
Fruktóza 2,6 bis-P
PPi
PEP Pyruvát
F-2,6 bis-P moduluje tvorbu HX-P v závislosti na:
• přísunu Trióza –P a
• požadavku na HX-P
Pi
Regulace syntézy sacharózy v mezofylové Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňcebuňce
cytosolcytosol
Zdrojová buňka
Reakce je reverzibilních
loro
pla
st
ch
loro
pla
st
Trióza-PTrióza-PPi
Fruktóza 1,6 bis-Fruktóza 1,6 bis-PP
SacharózaSacharóza
Glukóza 1-Glukóza 1-PP
UDP-UDP-Glukóza Glukóza
Pi
PPi
Fruktóza 6-PFruktóza 6-P
kináza
fosfatáza
Glukóza 6-Glukóza 6-PP
UTP
PPi
SPSlowSPShigh
kináza
fosfatáza
Pi
Pi inhibice
aktivace
Fruktóza 2,6 bis-P
G-6-P
Pi
G-6-P
Pi
FFF FFF FBFFBF
P
FFKFFK
F-6-PTrióza-P
G-6-P
Pi PPi
PEP Pyruvát
SnRK1
SPS + S-P-fosfatáza tvoří komplex
Sacharóza 6-PSacharóza 6-P
Modulace syntézy sacharózy v závislosti
na:
• konc. G-6-P
• konc. Pi
Regulace syntézy sacharózy v Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňcemezofylové buňce
Nová forma SPS, ? produkt stejného genu
endogenní rytmus
SPS - zvýšení obsahu proteinu
identická SPS
modulace tranzicí světlo /tma
ovlivnění stresem
nízké teploty
osmotický stres aktivační fosforylace (ser 424 X inhibiční ser 158)
Zdrojová buňka
PřPř:: Transgenní rostliny bramboru s nadprodukcí sacharóza-P-syntázy3-7 x vyšší exprese genu ?? ovlivnění syntézy sacharózy Aktivita enzymu řízena aktivací a inhibicí metabolity postranslační modifikací enzymu změnami v množství enzymu
Vyšší koncentrace enzymu – kompenzace inaktivací enzymu fosforylací
O ovlivnění syntézy sacharózy
ovlivnění energetickou bilancí/ dostupností sacharidů/ sacharidovou signalizací
3 PGA3 PGA
TriózaTrióza-P-P
NADPH NADP
3 PGA3 PGA
ManitolManitol
Manóza-6-P Manóza-6-P
Manitol-1-P Manitol-1-P
Fruktóza-6-PFruktóza-6-P
Sacharóza-6-PSacharóza-6-P
SacharózaSacharóza
Trióza-PTrióza-PPi
Pi
Pi
UDPGUDPG
M-6-P-reduktázaNADPHNADPH
NADPNADP
Trióza-PTrióza-P
Syntéza manitolu představuje alternativní metabolický sink Syntéza manitolu představuje alternativní metabolický sink
chloroplachloroplastst
cytosolcytosol
Syntéza manitolu v mezofylové buňceSyntéza manitolu v mezofylové buňce
Syntéza sacharidů rafinózové řady Syntéza sacharidů rafinózové řady
STS mohou pro syntézu stachyózy místo galaktinolu využívat jako donoru galaktózových zbytků další galaktosylcyklitoly
sacharóza + galaktinol rafinóza + myo-inositol
rafinóza + galaktinol stachyóza + myo-inositol
UDP-Gal + myo-inositol galaktinol + UDP
galaktinolsyntáza
Místo syntézy závisí na charakteru poolu:
• transportní
• zásobní
• stresový
Regulace syntézy škrobu:
aktivita ADPGázy aktivita syntázy škrobu a větvících enzymů aktivita štěpících enzymů
ŠkrobŠkrob
Trióza-PTrióza-P
ADPGáza
Fruktóza 6-P
Fruktóza 1,6 bis-Fruktóza 1,6 bis-PP
Glukóza 1-Glukóza 1-PP
ATP
PPi
ADP-ADP-GlukózaGlukóza
Regulace syntézy škrobu v mezofylové Regulace syntézy škrobu v mezofylové buňce buňce
chloroplastchloroplast
Pi
Pi
Pi
Trióza-P
Zdrojová buňka
ADP
Trióza-P
Pi
ADP
Modulace syntézy škrobu v závislosti
na:
• konc. Trióza-P
• konc. Pi
• konc. ADP
Fosforylace škrobu :1) glukan-voda-dikináza 2) fosfoglukan-voda-dikináza
MobilizaceMobilizace škrobu v chloroplastu během nociškrobu v chloroplastu během noci
Produkce větvených a nevětvených glukanů (debranching enzyme, štěpící vazbu 1-6) Štěpení: -amylázou glukanfosforylázou
Zdrojová buňka
úroveň fosforylace nízká (2000 glu jednotek) nezbytná !
- amyláza ? ne, vyřazení malý vliv
[glukoza]n + H2O [glukoza]n-2 + maltóza
[glukoza]n + Pi [glukoza]n-1+ glukóza-1-P
• D-enzymem 2 [glukóza]3 [glukóza]5 +
glukóza
AMP-P-P + Glukan–OH +H2O AMP + Glukan-O-P + Pi
(ATP)
pGlcT
Mex1
transglukosidáza
Transport z chloroplastu :
Glukan ??? Glukan ???
??? Jak je metabolizována maltóza v Jak je metabolizována maltóza v cytosolucytosolu
glukózaglukóza
maltózamaltóza
glukóza-Pglukóza-P
Ukládání do vakuoly :
Plně vyvinuté buňky – dvě nebo více vakuol s rozdílnými funkcemi / skladovací, lytické/
Jedna vakuola ---vnitřní membrány– separace funkcí
Malé vakuoly – větší povrch – rychlejší transfer (potenciálně nebezpečných) látek – pak transport do velké vakuoly
Centrální vakuola v listu
1) Udržení turgoru, růst buněk, 2) optimální distribuce chloroplastů, 3) skladování živin (N) 4) skladování asimilátů pro pozdější využití..
Zdrojová buňka
Transport asimilátů z chloroplastu u Transport asimilátů z chloroplastu u Arabidopsis Arabidopsis
Zdrojová buňka
pGlcT
Mex1
TPT
Možnost kompenzace nedostatečnosti jednotlivých transportních komponent – vysoká
Rozdíly v reakcích různých rostlin : sucrose X starch accumulators Cho et al., 2011