2. A víz felvétele és transzportja, transzspiráció.

Az előadások a következő témára: "2. A víz felvétele és transzportja, transzspiráció."— Előadás másolata:

1 2. A víz felvétele és transzportja, transzspiráció

2 2.1. A sejtmembrán vízvezető képessége A hidraulikus konduktivitás

3 A sejtmembrán ellenállásának nyomásfüggése, a „kritikus nyomásérték”

4 A transzcelluláris ozmózis és a poláris permeabilitás

5

6 A diffúziós permeabilitás és a hidraulikus konduktivitás viszonya

7 A reflexiós koefficiens

8 Aquaporinok

9

10 Struktúra és funkció: elsődleges struktúra -a legtöbb MIP tag: 250-300 aminosav, Mwt: 27-31 kDa -összehasonlítva egyes organizmusok elsődleges struktúráját MIP-jeik tekintetében néhány szakasz erősen konzervált -MIP-ek 46 típusa mutat filogenetikai rokonságot -szerkezete: 8 szomszédos struktúra mely tartalmaz 6 hidrofób transzmembrán hélixet, és 2 funkcionális B és E hurkot -B és E-ben az aszparagin-prolin- alanin (NPA) motívum erősen konzervált Aquaporin struktúra a AQP-2 példáján

11 Felépítés és funkciók -Jung: CHIP28-ról 3D óraüvegmodell -B és E hurkok feltekeredtek és a memb.- ban találkoztak, az NPA motívumok átfedésekkel egy szűk csatornát alakítanak ki -aquaporinok szelektivitása: nemcsak a térbeli korlátoktól függ -AQP1 3A átmérőjű így akadályozza a nagyobb mol. áthaladását -pórusok legszűkebb része hidrofób kivéve a két központi aszparagin maradványt az NPA motívumon belül

12 -vízmolekula keresztülhaladása: az O és aszparagin közti kölcsönhatás úgy orientálja a 2 H atomot, hogy megakadályozza a H-kötések kialakulását a szomsz. vízmolekulák közt, ezalatt protonok átvitele korlátozott ebben a régióban -ionokra vonatkoztatva: pórusok térbeli korlátozottsága létrehoz egy dielektromos gátat, ami eltaszítja az ionokat -AQP1 tetramerikus formájú -in vitro növ.-i aggregátumokban oligomerek lehetnek

13

14 -a legtöbb aqv. igazoltan szenzitív a Hg komponensekre, ezek reverzibilisen blokkolják a víztranszportot, kötődve a cisztein maradványok SH csoportjaihoz -léteznek Hg inszenzitív aqv.-ok is -tonoplaszt vízpermeabilitása nagyobbá válhat, ezt igazolja a gyökér növekedésekor vagy vízpotenciál csökkenéskor a TIP- ek expressziója -a PIP-ek szerepe a víztranszport regulációja, optimalizálja a vízcserét az apoplaszt és a vakuolum közt Aquaporin aktivitás

15 Aquaporinok regulációja -túlzott vízveszteség hatására a víz permeabilitása csökken és csökken az aquaporinok aktivitása - de: vízstressz hatására génexpresszió is történhet (ez a szárazságtűrésben játszhat szerepet) -biotikus és abiotikus stresszorok, környezeti változások, patogének okozta károk összefüggésbe hozhatók az aqv.-ok aktivációjával és inaktivációjával -gabona gyökerében só-stresszre drámai változás e tekintetben: Pos ozmotikus gradiens erősen csökkent, az aqv.-ok záródtak válaszolván a víz deficitre

16 Génexpresszió transzkripciós regulációja -víz-stressz erős hatással van a MIP gének expressziójára -különböző növ.-ben különböző mintázatúak az egyes MIP gének, ezek lehetnek specifikusak Post-transzlációs reguláció -legegyszerűbb post-transzlációs modifikáció: foszforiláció, mely konformációváltozással járhat

17 2.2. Víztranszport a gyökérben

18 A gyökér szerkezete keresztmetszeti képen A Caspary pontos endodermisz elzárja a sejtfalon keresztüli víztranszportot a xilémbe

19 A víz transzportja a gyökérben történhet az 1.apoplasztban, az összefüggő sejtfalrendszerben 2.A szimplasztban, a sejtek összefüggő citoplazmájában 3.Sejtről sejtre, transzcellulárisan

20 2.2. Víztranszport a gyökérben

21 Az exudáció („könnyezés”) Jv =Lp σRT(Cx – Co) Jv = gyölér vízfelvételi sebessége Lp = vízvezető képesség Σ = szállított anyagok reflexiós koefficiense Cx = xilém elemekben lévő oldat koncentrációja Co = közeg koncentrációja

22 A gyökér hidraulikus konduktivitása (Lpr)

23

24 A gyökérzónák vízfelvétele a transzspiráció intenzitásától függően I-V, csúcsi – alapi zónák A-D, fokozódó transzspirációs intenzitás

25 2.3. Vízmozgás a fatestben

26 A víz a központi hengerben a fatest, a xilém vízszállító csöveibe kerül, amelyek elhalt sejtek

27 Vízáramlás a trachea elemeken keresztül Poiseuille egyenlet: V =  r4/8  (  P/  x) r= rádiusz,  = viszkozitás Következményei: 1 érett metaxilém elem (r= 100  m) = 560 metaxilém elem (r=23  m) A gyökérben a radiális víztranszport a limitáló és nem az axiális (1 membrán barrier ellenállása = 24 km xilémedény ellenállásával Vízáramlás a trachea elemeken keresztül Poiseuille egyenlet: V =  r4/8  (  P/  x) r= rádiusz,  = viszkozitás Következményei: 1 érett metaxilém elem (r= 100  m) = 560 metaxilém elem (r=23  m) A gyökérben a radiális víztranszport a limitáló és nem az axiális (1 membrán barrier ellenállása = 24 km xilémedény ellenállásával

28

29 A kavitáció

30 3. A transzspiráció

31 Gázcserenyílások

32 Szőrök a levélfelszínen

33 A kutikula fluoreszcencia és fénymikroszkópos képe

34 Sztómazáró sejtek

35 Kis pórusokon keresztül intenzívebb a párologtatás, mint közeli vagy összefüggő felületeken

36 Levélszerkezet és sztóma elhelyezkedés

37 A gázcserét befolyásoló tényezők

38 A negatív nyomás kialakulásának helye és mechanizmusa

39 A hajtásba irányuló víztranszportot is a vízpotenciál gradiens tartja fenn

40 A hidraulikus lift

41 3.2. A sztómamozgás élettana és mechanizmusa

42 A gázcserenyílások környezeti tényezőktől függő reakciói

43 ZÁRT SZTÓMA NYITOTT SZTÓMA Fény Kis széndioxid koncentráció Átlagos hőmérséklet Elegendő víz Auxin (indolecetesav) Sötétség Nagy széndioxid koncentráció Szélsőséges hőmérséklet Vízhiány Abszcizinsav

44 A molekuláris mechanizmus

45

46 A zeaxantin lehetséges szerepe

47 A molekuláris mechanizmus TEA =tetraetil ammónium klorid

48 A molekuláris mechanizmus Ld. „Anyagtranszport és mechanizmusai” – később!

49 Kálium csatorna

50 A „patch clamp” technika

51 Ca 2+ VK SV FV K+K+ Vacuole  Ca 2+  cyt K+K+ Ca 2+ -függő Ca 2+ -független  H +  cyt ABA IP 3 VmVm cADPR K+K+ K+K+ K in K out t Cytosol A sztómazárósejt működésének szabályozási módjai

52 Köszönöm a figyelmet