Mecanismul acumulării de ioni metalici - Prezentare PowerPoint PPT

Mecanismul de acumulare a ionilor metalici. Săptămâna 4 a fito-remedierii. Transport material în rădăcină. Transportul celular și radial. apoplast, captare/eliberare ionică simplă în xilem Rolul parenchimului xilemului este selectivitatea. Apoplast și simplu. Captarea ionului în celula rădăcină.

Mecanismul de acumulare a ionilor metalici

Transcriere de prezentare

Transportul celular și radial • apoplast, plastic simplu • Captarea/eliberarea ionilor în xilem • rolul parenchimului xilemului • selectivitate

SISTEME DE TRANSPORT MEMBRANE TRANSPORT PRIMAR („pompe” electrogene) ATPaze (rupere legătură covalentă) CANALE DE TRANSPORT SECUNDARE (eveniment de transport 107/s) PORTOARE (eveniment de transport 10-1000/s) uniport - gradient electrochimic co-transport descendent - gradient electrochimic în amonte Caseta de legare ABC ATP ) transportoare (tonoplast) subclasa MDR (rezistență la mai multe medicamente) subclasa MRP (proteine asociate la mai multe medicamente)

Transport activ: electrogenul primar mecanisme („pompe” electrogene) La plante: tip P (E1E2) H + -ATPaza (lemă plasmatică) V + tip H + -ATPază (tonoplast) Ca2 + -ATPază (endomembranele, lemă plasmatică) În alte organisme: K +/H + -ATPaza (bacterii, stomacul mamiferelor) K +/Na + -ATPaza (rinichi, sistem nervos, celule roșii din sânge/corp)

Domeniul auto-inhibitor Structura și structura spațială a ATPazei translocante de protoni localizată în membrana plasmatică (molecula verde este o proteină activatoare)

Domeniul auto-inhibitor Proteina activatoare se numește 14-3-3 proteine Când toxina Fusicoccum amygdali, fusicoccina, este atașată la aceasta, stabilizează H + - ATPaza în stare activă

V-ATPaza: pompa de protoni a tonoplastului ATPaza translocantă de protoni din membrana vacuolă este formată din mai multe subunități proteice și acționează ca un rotor

În rezumat: molecule de ATPază care translocează protoni găsit în membrana plasmatică, membrana de vid și sistemul endomembranar Sinteza ATP are loc în cloroplaste și mitocondrii

Transport activ secundar Uniport Co-transport simport antiport Energia în gradientul de potențial electrochimic al protonului este utilizată în transportul activ secundar

Transport canal: practic pasiv, mecanismul de deschidere depinde de potențialul membranei: canale dependente de tensiune (de ex. canalul de influx K +, se deschide către hiperpolarizare; canalul de eflux K +, se deschide spre depolarizare)

Transport material în rădăcină: nivel molecular • sistem cu afinitate ridicată: K + -H + symport (1: 1) • clonă ADNc HKT1 (proteină de aminoacizi 534) • în intervalul μM [K +] ext • în celulele cortexului • sistem cu afinitate scăzută: canale de rectificare către interior • peste 1 mM [K +] ext • Afluent K + influențat de Em (H + -ATPase!) • Inhibat de ioni Al3 +

Micrografia unei pipete de patch-uri atașată la suprafața unui protoplast de celule aleuronei de orz. (Fotografie prin amabilitatea lui J. Schroeder și D. Bush.)

Canalele ionice din plante Membrana plasmatică 1,4-Dihidropiridine - Ca2 + - Fenilacilamine IP3 ER + Ca2 + Ca2 + Ca2 + + Tonoplast Ca2 + Cl- Cl- + + K + Ca2 + Ca2 + Cl- K + Vacuol + Citoplasmă G negativă MP Thilakoid Cl - G scăzut (stretch activat) K + K + Cl- - - Ca2 + Ca2 + Mg2 + K + +? MP negativ + Ca2 + Ca2 + K + VDAC K + H + - Mitocondrie H+

Modalități de reglare a funcției celulei de închidere a stomacului ABA Ca2 + - Vacuol dependent Kin IP3 K + Ca2 + cyt cADPR Ca2 + Vm K + VK SV K + FV H + cyt K + Cytosol Kout Ca2 + - ABA independent

Înregistrarea ionilor metalici • Mecanisme de transport constitutiv sau inductiv cu afinitate scăzută sau mare pe membrana plasmatică a celulei radiculare • HIPERACUMULATOR: constitutiv supraexprimat • Plante normale: genele sunt exprimate în deficiență de metal • Acumularea de metale: • translocație (transportul xilemului!) • stocare: toleranță!) Diferit sisteme de transport în diferite locuri Abordare: izolarea și analiza genelor reglate de metal din hiperacumulatori analiza proteomei (2-D gel film + MS) fitokelatină, analiza chelatorilor

Transportoare metalice în fabrici Hall JL, Williams LE (2004) J. Exp. Bot. 54: 2601-2613. • Fe, Cu, Mn, Zn - micronutrienți esențiali • ATPaze ale metalelor grele (HMA, ATPaze de tip CPx, P-ATPaze) • Familia IV, tip PIB cu transportor de metale, secvențe de cisteină-prolină • Monovalent (Cu +/Ag +) și metale bivalente (Zn/Co/Cd/Pb) separat • Transportoare ABC (ATP Binding Casette) • Nramps (proteine macrofage asociate rezistenței naturale) • Facilitatori de difuzie cationică (CDF) • Familia ZIP (ZRT, proteine asemănătoare IRT): Fe, Zn, Mn, Cd transport • Cation/H + antiporters: Ca, Na, Cd, Mn • Transportoare de cupru (ex. COPT1) • Alte sisteme: ex. canale controlate de nucleotide ciclice, Pb, Ni

Thlaspi cearulescens: Zn/Cd hyperaccumulator Pence și colab.: Fiziologia moleculară a transportului metalelor grele ... PNAS 97: 4956-4960 (2000) • Stimularea transportului Zn în rădăcină, umplerea xilemului, frunze • (în Th. Arvense sensibil: compartimentare în rădăcină (vacuol), fără translocație pentru a trage) ZNT1: familia de gene de transport a micronutrienților (cum ar fi Arabidopsis IRT1/Fe/și ZIP/Zn/transportoare) codifică un transportor Zn cu afinitate ridicată, un transportor Cd cu afinitate scăzută Exprimat atât în rădăcină, cât și în ZTP1 în frunze, ZTP3 în rădăcină

Analiza Northern blot (ARN total) Reglementare opusă la cele două specii Soluția nutritivă Zn-conc. efect asupra expresiei genetice și parametrilor cinetici ai absorbției Zn Exprimarea genei transportoare Zn la speciile Thlaspi cearulescens și T.arvense. Rândul 2 este imaginea de rehibridizare cu omologul arvense

Arabidopsis thalianaThomine și colab.: Cadmiu și fier transport ... PNAS 97: 4991-4996 (2000) • ZAT1: similar transportorului Zn pentru animale și drojdii • Familia genelor ZIP: ca IRT • AtNramp: (proteină macrofagă asociată rezistenței naturale) Transport constitutiv Fe/Cd • (Nramp1: bacterian de șoarece sensibilitate! • EIN1: în calea de semnalizare a etilenei, fără funcție de transport) • AtNramp1, sunt exprimate în 3 deficiențe de metal

Transportoare ABC (ATP Binding Casette) Rea și colab.: De la pompe vacuolare GS-X la transportoare ABC multispecifice. Ann. Pr. Plant Physiol. Plantă. Mol. Biol. 1988. 49: 727-760. • Două subclase: • MDR (gene de rezistență la multe medicamente), în Arabidopsis AtPgP1, AtMDR1, -2 • MRP (proteine asociate cu rezistența la multe medicamente) • Substanță transportată: alcaloizi, lipide, peptide, steroizi, zaharuri, anioni anorganici și metale grele chelate, erbicide Motive și domenii (toți transportorii ABC): • Unul sau două domenii transmembranare integrale (TMD) • Unul sau două pliuri de legare a nucleotidelor (NBF) - aceasta este secțiunea cea mai conservată Structură modulară: 2 NBF și 2 TMD separat sau ca proteină multidominială exprimată Pompele vacuolare GS-X: instrumente pentru detoxifierea dependentă de GSH

Un transportor ABC în membrana vacuolă (tonoplast) Rea și colab.: De la pompe vacuolare GS-X la transportoare ABC multispecifice. Ann. Pr. Plant Physiol. Plantă. Mol. Biol. 1988. 49: 727-760.

Studii de caz • - grâu (non-tolerant la sare, care nu se acumulează din metal) • - stuf și mat (utilizat în rizofiltrare, proces de pat de rădăcină) • - Thlaspi goesingense = raigras austriac (hiperacumulativ)