Co se děje v produkční buňce ??

1. 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 ??

2. Zdrojová buňka Alokace uvnitř zdrojové buňky chloroplast Regenerace intermediátů Regenerace intermediátů Trióza-P Trióza-P Mobilizace Mobilizace Syntéza škrobu Syntéza škrobu Transport z chloroplastu Transport z chloroplastu syntéza sacharózy cytosol metabolický pool transportní pool skladovací pool Transport a distribuce sacharidů v produkční mezofylové (zdrojové) buňce Rychlost 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

3. Zdrojová buňka Př.: 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 pufrování poolu cukrů pro export a utilizaci v buňce • ukládání do vakuoly Sucrose (formers) accumulators (Rostliny přednostně akumulující sacharózu) Fructan accumulators (Rostliny přednostně akumulující fruktany) Starch (formers) accumulators (Rostliny přednostně akumulující škrob) chloroplast vakuola trióza -P hexózy hexózy Ukládání do vakuoly F-6-P Kromě sacharózy transportovány i hexózy, sorbitol, manitol, myo-inositol, sacharóza škrob S-P jak difúzí, tak aktivním transportem S

4. Zdrojová buňka Rozdělování trióza-P mezi chloroplast a cytosol Priorita: udržení konstantního toku asimilátů Fruktóza 1,6 bis-P Calvinův cyklus Fruktóza 6-P Trióza-P Trióza-P Pi UDPG Pi Pi Sacharóza 6-P Pi ADPG Škrob Sacharóza

5. Zdrojová buňka 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  V noci kompenzace transportu z chloroplastu transportem glukózy (maltózy) Sacharóza Škrob Ukládání škrobu ve dne: Původní typ: 40% asimilátů – škrob Transformant: 60-80% asimilátů - škrob Mobilizace škrobu v noci: Původní typ : Transformant 75% transportu probíhajícího ve dne 150-250% -“-

6. Zdrojová buňka Role koncentrace Pi Nízká konc. Pi Calvinův cyklus F-1,6 bis-P F- 6-P Trióza-P Trióza-P  Inhibice fotosyntézy UDPG Pi S- 6-P Pi Pi ADPG Sacharóza Škrob

7. Zdrojová buňka Calvinův cyklus F-1,6 bis-P F- 6-P Trióza-P Trióza-P UDPG Pi S- 6-P Pi Pi ADPG Sacharóza Škrob X Role koncentrace Pi Nízká konc. Pi Calvinův cyklus F-1,6 bis-P F- 6-P Trióza-P Trióza-P  Inhibice fotosyntézy UDPG Pi S- 6-P Pi Pi ADPG Sacharóza Škrob Vysoká konc. Pi  Inhibice fotosyntézy

8. Regulace dostupnosti Pi • PHR1 :PHOSPHATE STARVATION RESPONSE 1 Rouached et al., 2010

9. Zdrojová buňka FFK- fosfofruktokináza FBF- fruktózabisfosfátfosfatáza FFF- PPi- dependentní fosfofruktokináza Syntéza sacharózy a škrobu v mezofylové buňce glykolýza Trióza-P Trióza-P Pi Fruktóza 1,6 bis-P Fruktóza 1,6 bis-P ADP Pi Fruktóza 6-P PPi ATP Pi fosfatáza Fruktóza 6-P Fruktóza 2,6 bis-P kináza Glukóza 1-P Glukóza 6-P pentóz. cyklus ATP ADPGáza Glukóza 1-P PPi UTP PPi ADP-Glukóza UDP-Glukóza fosfatáza SPShigh SPSlow kináza Škrob Sacharóza 6-P Sacharóza cytosol chloroplast

10. Metabolické dráhy a toky Podle : Kruger and Ratcliffe, 2012

11. Zdrojová buňka FFK- fosfofruktokináza FBF- fruktozabisfosfátfosfatáza inhibice FFF- PPi- dependentní fosfofruktokináza aktivace Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňce Pi PEP Trióza-P Pi • F-2,6 bis-P moduluje tvorbu HX-P v závislosti na: • přísunu Trióza –P a • požadavku na HX-P Fruktóza 1,6 bis-P FBF Pi Pi FFK FFF PPi Pi fosfatáza Fruktóza 6-P Fruktóza 2,6 bis-P kináza Pi F-6-P Trióza-P chloroplast Glukóza 6-P Pyruvát F-6-P Trióza-P PPi Glukóza 1-P UTP Pi PPi PPi Reakce je reverzibilní UDP-Glukóza fosfatáza P SPShigh SPSlow Fruktóza 2,6 bis-P kináza Sacharóza 6-P PEP Pyruvát Pi Sacharóza cytosol

12. Zdrojová buňka inhibice aktivace Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňce Trióza-P Trióza-P F-6-P Pi Fruktóza 1,6 bis-P G-6-P FBF Pi PPi Pi FFK FFF PPi Pi PEP Pyruvát fosfatáza Fruktóza 6-P Fruktóza 2,6 bis-P kináza chloroplast Glukóza 6-P SPS + S-P-fosfatáza tvoří komplex Glukóza 1-P UTP PPi Reakce je reverzibilní • Modulace syntézy sacharózy v závislosti na: • konc. G-6-P • konc. Pi Pi UDP-Glukóza fosfatáza P SPShigh SPSlow kináza SnRK1 Pi Sacharóza 6-P G-6-P G-6-P Pi Sacharóza cytosol

13. Zdrojová buňka • endogenní rytmus • modulace tranzicí světlo /tma • ovlivnění stresem • nízké teploty  SPS - zvýšení obsahu proteinu identická SPS Nová forma SPS, ? produkt stejného genu • osmotický stres aktivační fosforylace (ser 424 X inhibiční ser 158)  O ovlivnění syntézy sacharózy Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňce • ovlivnění energetickou bilancí/ dostupností sacharidů/ sacharidovou signalizací • Př:Transgenní rostliny bramboru s nadprodukcí sacharóza-P-syntázy • 3-7 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

14. NADPH NADP Syntéza manitolu v mezofylové buňce cytosol Manitol Pi 3 PGA Manitol-1-P NADPH M-6-P-reduktáza NADP Manóza-6-P 3 PGA Trióza-P Trióza-P Trióza-P Fruktóza-6-P UDPG Pi Sacharóza-6-P chloroplast Pi Sacharóza Syntéza manitolu představuje alternativní metabolický sink

15. Syntéza sacharidů rafinózové řady Místo syntézy závisí na charakteru poolu: • transportní • zásobní • stresový galaktinolsyntáza UDP-Gal + myo-inositol galaktinol+ UDP sacharóza + galaktinol rafinóza + myo-inositol rafinóza + galaktinol  stachyóza + myo-inositol STS mohou pro syntézu stachyózy místo galaktinolu využívat jako donoru galaktózových zbytků další galaktosylcyklitoly

16. Zdrojová buňka Trióza-P Pi ADP Regulace syntézy škrobu v mezofylové buňce Trióza-P • Regulace syntézy škrobu: • aktivita ADPGázy • aktivita syntázy škrobu a větvících enzymů • aktivita štěpících enzymů Pi Fruktóza 1,6 bis-P Pi Fruktóza 6-P Glukóza 1-P ATP ADPGáza PPi ADP-Glukóza • Modulace syntézy škrobu v závislosti na: • konc. Trióza-P • konc. Pi • konc. ADP ADP Škrob Pi Trióza-P chloroplast

17. Zdrojová buňka Mobilizaceškrobu v chloroplastu během noci  - amyláza ? ne, vyřazení malý vliv (ATP) AMP-P-P + Glukan–OH +H2O AMP + Glukan-O-P + Pi pGlcT Mex1 • Fosforylace škrobu :1) glukan-voda-dikináza • 2) fosfoglukan-voda-dikináza úroveň fosforylace nízká (2000 glu jednotek) nezbytná ! • Produkce větvených a nevětvených glukanů (debranching enzyme, štěpící vazbu 1-6) • Štěpení:  -amylázou •  glukanfosforylázou [glukoza]n + H2O [glukoza]n-2 + maltóza [glukoza]n + Pi [glukoza]n-1+ glukóza-1-P • D-enzymem 2 [glukóza]3 [glukóza]5 +glukóza

18. Zdrojová buňka • Transport z chloroplastu : ??? Jak je metabolizována maltóza v cytosolu maltóza glukóza glukóza-P Glukan ??? transglukosidáza • 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..

19. Zdrojová buňka Transport asimilátů z chloroplastu u Arabidopsis pGlcT Mex1 TPT Možnost kompenzace nedostatečnosti jednotlivých transportních komponent – vysoká Rozdíly v reakcích různých rostlin : sucrose X starch accumulators Choetal., 2011