накопичення

Механізм накопичення іонів металу. Фіторемедіація 4 тиждень. Транспорт матеріалу в корені. Трансклітинний і радіальний транспорт. апопласт, просте поглинання/вивільнення іону в ксилему Роль паренхіми ксилеми полягає в селективності. Апопласт і простий. Поглинання іонів у кореневу клітину.

Механізм накопичення іонів металу

Стенограма презентації

Трансклітинний і радіальний транспорт • апопласт, проста пластика • Поглинання/викид іонів у ксилему • роль паренхіми ксилеми • селективність

МЕМБРАННІ ТРАНСПОРТНІ СИСТЕМИ ПЕРВИННИЙ ТРАНСПОРТ (електрогенні «насоси») АТФази (розрив ковалентного зв’язку) ВТОРІЧНІ ТРАНСПОРТНІ КАНАЛИ (транспортна подія 107/с) КЕРІВЕРИ (транспортна подія 10-1000/с) уніпорт - електрохімічний градієнт співтранспортування вниз - електрохімічний градієнт ABC ATP Binding Casette ) транспортери (тонопласт) MDR (мультирезистентність) підклас MRP (мультипрепарати, асоційовані білки) підклас

Активний транспорт: Первинний електроген механізми (електрогенні "насоси") У рослин: P-тип (E1E2) H + -ATPase (лемма плазми) V-тип H + -ATPase (тонопласт) Ca2 + -ATPase (ендомембрани, лема плазми) В інших організмах: K +/H + -ATPase (бактерії, шлунок ссавців) K +/Na + -ATPase (нирки, нервова система, еритроцити/тіло)

Домен аутоінгібування Структура пролокуючої АТФази протону, локалізованої в плазматичній мембрані в просторі та просторі (зелена молекула є активуючим білком)

Домен аутоінгібування Активуючий білок називається 14-3-3 білок Коли до нього приєднується токсин амігдали Fusicoccum, фузикокцин, він стабілізує Н + - АТФазу в активному стані

V-ATPase: протонний насос тонопласта Транслоцирующая протон АТФаза у вакуумній мембрані складається з багатьох білкових субодиниць і виконує роль ротора

Підсумовуючи: протон-транслокуючі молекули АТФази знайдений у плазматичній мембрані, вакуумній мембрані та ендомембранній системі Синтез АТФ відбувається у хлоропластах та мітохондріях

Вторинний активний транспорт Uniport Co-transport simport antiport Енергія в електрохімічному градієнті потенціалу протона використовується у вторинному активному транспорті

Транспорт по каналу: в основному пасивний, механізм відкриття залежить від мембранного потенціалу: канали, що залежать від напруги (наприклад, канал припливу K +, відкривається для гіперполяризації; канал випуску K +, відкривається для деполяризації)

Транспорт матеріалу в корені: Молекулярний рівень • система високої спорідненості: K + -H + симпорт (1: 1) • клон кДНК HKT1 (534 амінокислотний білок) • у мкМ [K +] діапазон зовнішніх речовин • у клітинах кори головного мозку • система низької спорідненості: внутрішні випрямляючі канали • вище 1 mM [K +] ext • Ем-керований приплив K + (H + -ATPase!) • Інгібується іонами Al3 +

Мікрофотографія патч-піпетки, прикріпленої до поверхні протопласт клітини алейрону ячменю. (Фото надано Дж. Шредером та Д. Бушем)

Іонні канали у рослин Плазматична мембрана 1,4-дигідропіридини - Ca2 + - Фенілациламіни IP3 ER + Ca2 + Ca2 + Ca2 + + Тонопласт Ca2 + Cl- Cl- + + K + Ca2 + Ca2 + Cl- K + Вакуоля + високий G цитоплазма Негативний MP Тилакоїд Cl - низький G (з активацією розтягування) K + K + Cl- - - Ca2 + Ca2 + Mg2 + K + +? Негативний MP + Ca2 + Ca2 + K + VDAC K + H + - Мітохондрія H+

Шляхи регулювання функції клітини закриття стоми ABA Ca2 + -залежна вакуоля Kin IP3 K + Ca2 + cyt cADPR Ca2 + Vm K + VK SV K + FV H + cyt K + Cytosol Kout Ca2 + -незалежна ABA

Запис іонів металу • Конститутивні або індуктивні транспортні механізми з низьким або високим спорідненістю на плазматичній мембрані клітин кореня транспортні системи в різних місцях Підхід: виділення та аналіз металурегульованих генів з гіперакумуляторів протеомний аналіз (2-D гелева плівка + МС) фітокелатин, аналіз хелаторів

Металеві транспортери на заводахHall JL, Williams LE (2004) J. Exp. Bot. 54: 2601-2613. • Fe, Cu, Mn, Zn - необхідні мікроелементи • АТФази важких металів (HMA, АТФази типу CPx, Р-АТФази) • Сімейство IV, тип PIB з транспортером металу, послідовності цистеїну-проліну • Одновалентні (Cu +/Ag +) і двовалентні (Zn/Co/Cd/Pb) метали окремо • ABC-транспортери (АТФ-зв’язуюча касета) • Nramps (білки макрофагів, пов’язані з природною стійкістю) • Посилювачі дифузії катіонів (CDF) • Сімейство ZIP (ZRT, IRT-подібні білки): Fe, Zn, Mn, Cd транспорт • Катіон/H + антипортери: Ca, Na, Cd, Mn • Мідь транспортери (Наприклад, COPT1) • Інші системи: напр. циклічні нуклеотидні контрольовані канали, Pb, Ni

Thlaspi cearulescens: гіперакумулятор Zn/Cd Пенс та ін.: Молекулярна фізіологія транспорту важких металів… PNAS 97: 4956-4960 (2000) • Стимуляція транспорту Zn в корені, заповнення ксилеми, лист • (у чутливому Th. Arvense: компартменталізація в корені (вакуоля), відсутність переміщення для відростка) ZNT1: сімейство генів транспорту мікроелементів (наприклад, Arabidopsis IRT1/Fe/та ZIP/Zn/транспортери) кодує високоафінний транспортер Zn, низькоафінний транспортер Cd ZTP1 сильно виражений в листі та в пагоні, ZTP3 у корені

Аналіз нозерн-блот (загальна РНК) Протилежне регулювання у двох видів Поживний розчин Zn-conc. вплив на експресію гена та кінетичні параметри поглинання Zn Експресія гена-транспортера Zn у видів Thlaspi cearulescens та T.arvense. Рядок 2 - зображення регібридизації з гомологом Арвенса

Arabidopsis thalianaThomine et al.: Кадмій та залізо транспорт ... PNAS 97: 4991-4996 (2000) • ZAT1: подібний до тваринного та дріжджового транспортера Zn • Сімейство ZIP-генів: як IRT • AtNramp: (природний білок макрофагів, пов’язаний з резистентністю) Конститутивний транспортер Fe/Cd • (Nramp1: бактерія миші чутливість! • EIN1: в сигнальному шляху етилену, без транспортної функції) • AtNramp1, виражені в 3 металевих дефіцитах

Транспортери ABC (ATP Binding Casette) Rea та співавт .: від вакуолярних насосів GS-X до мультиспецифічних транспортерів ABC. Енн Преподобний рослинний фізіол. Рослина. Мол. Біол. 1988. 49: 727-760. • Два підкласи: • MDR (гени мультирезистентності) в Arabidopsis AtPgP1, AtMDR1, -2 • MRP (білки, пов’язані з мультирезистентністю). Мотиви та домени (всі ABC-транспортери): • Один або два інтегральних трансмембранних домени (TMD) • Одна або дві нуклеотиднозв’язувальні складки (NBF) - це найбільш консервативний розділ Модульна структура: 2 NBF та 2 TMD, окремо або як мультидоменний білок, що виражається Вакуолярні насоси GS-X: інструменти для дезінтоксикації, залежної від GSH

Транспортер ABC у вакуольній мембрані (тонопласт) Rea та співавт .: від вакуолярних насосів GS-X до мультиспецифічних транспортерів ABC. Енн Преподобний рослинний фізіол. Рослина. Мол. Біол. 1988. 49: 727-760.

Тематичні дослідження • - пшениця (не стійка до солі, накопичується неметал) • - очерет і килимок (застосовується при ризофільтрації, процесі кореневого русла) • - Thlaspi goingense = австрійський райграс (гіперакумулятивний)