Transcript Jelátvitel

SZTE TTK NÖVÉNYÉLETTANI TANSZÉK
http://www.sci.u-szeged.hu/plantphys
Növényélettan II. Növekedés- és fejlődésélettan 2004/2005 II. félév
SZTE TTK NÖVÉNYÉLETTANI TANSZÉK
http://www.sci.u-szeged.hu/plantphys
Növényélettan 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 (EL
8. hét márc.24
Etilén (TI)
9. hét márc. 31.
Tavaszi szünet
10. 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.
Dolgozat
15. hét máj. 12.
Értékelés
________________________________________________________
Ajánlott irodalom:
Taiz-Zeiger: Plant Physiology
Erdei L. (szerk): Növényélettan. Növekedés- és fejlődésélettan (JATEPress 2004)
Index aláírás feltétele: Elfogadott (66%-os) dolgozat.
Kollokvium (3 kredit)
Ára:
1600,- Ft
www.sci.uszeged.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)
Szakdolgozati témák
a fotoszintézis tárgykörében
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
Dr. Horváth Ferenc
Szakdolgozati témák
a növényi membrántranszport
tárgykörében
1, A KAT1 ioncsatorna működésének vizsgálata
alacsony kálium koncentráció mellett, heterológ expressziós rendszerben
2, A nitrogén monoxid ioncsatorna működést reguláló szerepe zárósejtekben
Technikai háttér:
Új laboratórium a legmodernebb berendezésekkel
HEKA EPC 10 patch clamp erősítő
Nikon TS100F fluoreszcens inverz mikroszkóp
Rezgésmentes pneumatikus asztal
Narishige mikromanipulátor
HEK sejtvonalak fenntartásához inkubátor, sterilfülke
Dr. Horváth Ferenc
Génexpresszió, receptorok
és jelátvitel
A prokarióta génexpresszió
Az E. coli lac operonja
Az eukarióta gén és mRNS szerkezete
mRNS-t kódoló szakasz
5’ vég
Fehérjét kódoló
szakasz
Minimum promóter
Szabályozó régió GC-box
CAAT
DNS 5’
s
z
a
b
á
l
y
o
z
ó
I EI E
TATA
transzkripció
3’ vég
Szabá
lyozó
régió
Terminációs jel
polyA
polyA
pre-mRNS
splicing
mRNS
m7G”sapka”
polyA
A hisztonok módosítása és a kromatin
rendezettsége
DNS
DNS
Acetilált hisztonok
Nem-acetilált hisztonok
nukleoszóma
solenoid
nukleoszóma
Transzkripciós faktor
DNS-szál
Eukarióta transzkripciós apparátus
Aktivátorok
enhancer
silencer
represszor
RNS polimeráz II
Koaktivátor fehérjék
Általános transzkripciós faktorok
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 szakasz
splicing
Citoplazma
•
Transzláció
•
Poszttranszlációs események
riboszómához kötődés, transzláció, „targeting”
fehérjeszerkezet kialakítása
Jelek, receptorok, jelátvitel
Általános alapelvek
• A jel (szignál)
környezeti tényezők, belső faktorok
• Jelérzékelés (szignál percepció)
receptorok
membrán-kapcsolt események és receptorok
citoplazmikus receptorok
• Jelátvitel (szignál transzdukció)
Erősítés (citoplazma)
második hírvivők
protein kinázok, jelproteinek
nukleáris transzport
Dekódolás „értelmezés”, (nukleusz)
transzkripció
• Válaszreakció
Transzláció, proteinszintézis, adaptáció
A szignalizációs hálózat elemei és
fragmentumai…
Fényreceptorokhoz kapcsolódó hálózatok
fitokrómok, kriptokrómok
Hormonokhoz kapcsolódó utak
etilén percepció és szignallizáció
citokinin percepció és szignallizáció
brasszinoszteroid….
gibberellin…
auxin szignallizáció
nem-konvencionális utak (jázmonsav, peptidek, oligoszacharidok)
A funkció szempontjából tekintve…
csírázás és nyugalmi állapot
szeneszcencia és programozott sejthalál
abiotikus és biotikus stressz
tápanyagellátás, nutriensek hiánya vagy többlete
növekedés és fejlődés, fotomorfogenezis
intercelluláris és szupraindividuális kommunikáció
A szignalizációs hálózat mérete,
flexibilitása, redundanciája
Méret: a genom a jelentős hányada
Arabidopsis 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 modellezése
A 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 2
A két-komponensű rendszer
Jelátvitel Prokariotákban 3
Az E. coli ozmoregulációs rendszere
input
szenzor protein
transzmitter
válaszregulátor
ompC expresszálódik (kis pórus)
ompF represszálódik (nagy pórus)
Jelátvitel Eukariotákban 1
Másodlagos hírvivők: a jel amplifikálása
Jelátvitel Eukariotákban 2
Szteroid receptorok mint transzkripciós faktorok (állati példa)
Növényi szteroidhormon:
Brasszinoszteroid,
receptora azonban membrán-kötött
BRI1 (brassinosteroid insensensitive 1,
leucine-rich repeat LRR) Ser-Thr kináz
Jelátvitel Eukariotákban 3
A heterotrimér G-protein és a szerpentin-receptor
Jelátvitel Eukariotákban 4
A 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 6
Kalcium és inozitol triszfoszfát (IP3) együttműködés
Jelátvitel Eukariotákban 7
Kalcium 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
Oxidatív sokk
Hideg sokk
Hiperozmotikum
Anoxia
Elicitorok
Kék fény
Szél
Hősokk
30
0
5
60
5-10
3-6
0
60-180
Felfutási idő
10
4-5
10
120
20
20-30
0,3
600
A tranziens életideje (s)
90
30
30
300
45-60
90
15
1800
Jelátvitel Eukariotákban 8
Kalcium – 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 9
CBK expresszió dohányban
Jelátvitel Eukariotákban 10
Kalcium – függő protein kinázok (CDPK)
Kalmodulin-inszenzitív, Ca-függő
Két 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 10
Kalcium – függő protein kinázok (CDPK)
•
A receptor(-szerű) tirozin kináz (RTK)
Ligand
Extracelluláris
domén
Kötőhely
Dimerizáció
Autofoszforiláció
Transzmembrán domén
Citoplazmatikus
domén
Kináz
katalitikus
domén
foszfotirozinok
Grb2
Raf ködődése
az aktivált Ras-hoz
MAP kináz kaszkád
MAP kinázok és PKC, CDK
A MAP kináz rendszer a
stresszválasz fő
szereplője (hideg sokk,
sebzés, érintés,
kórokozók).
Tranziens aktiválódás 1
perc alatt!
A foszfokináz C ioncsatornákat,
protein kinázt foszforilálhat.
Sejtciklus szabályozása:
Ciklin-dependens kinázok, CDK,
Thr/ser kinázok
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
• Fotomorfogenezis
fitokróm rendszer 666/730 nm
• Fototropizmusok
kékfény válaszok 400-500 nm
• UV-B sugárzás
400-700 nm
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
Cisz/transz
izomerizáció
Pr
Pfr
A fitokróm rendszer
Kromofór-kötő
domének
A fitokróm rendszer
A fitokróm rendszer
•
A fitokróm rendszer
Ca-szignalizáció
A fitokróm rendszer:
az árnyék érzékelése
A fitokróm rendszer
a 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