Co se děje v produkční buňce ?? Zdrojová buňka Nobel, 1991 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 ??

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

Sucrose (formers) accumulators 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

Rozdělování trióza-P mezi chloroplast a cytosol 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

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% -“-

Role koncentrace Pi Nízká konc. Pi  Inhibice fotosyntézy 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 Pi S- 6-P Pi ADPG Sacharóza Škrob

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

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

Syntéza sacharózy a škrobu v mezofylové buňce Zdrojová buňka Syntéza sacharózy a škrobu v mezofylové buňce FFK- fosfofruktokináza FBF- fruktózabisfosfátfosfatáza FFF- PPi- dependentní fosfofruktokináza 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

Metabolické dráhy a toky Podle : Kruger and Ratcliffe, 2012

F-2,6 bis-P moduluje tvorbu HX-P v závislosti na: Zdrojová buňka Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňce FFK- fosfofruktokináza FBF- fruktozabisfosfátfosfatáza FFF- PPi- dependentní fosfofruktokináza 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 inhibice aktivace Pi Sacharóza cytosol

Modulace syntézy sacharózy v závislosti na: Zdrojová buňka Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňce F-6-P Trióza-P G-6-P Pi PPi PEP Pyruvát Trióza-P Pi Fruktóza 1,6 bis-P FBF Pi FFK FFF PPi Pi 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 inhibice aktivace Sacharóza cytosol

Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňce Zdrojová buňka Regulace syntézy sacharózy v mezofylové buňce Nová forma SPS, ? produkt stejného genu endogenní rytmus  SPS - zvýšení obsahu proteinu identická SPS modulace tranzicí světlo /tma ovlivnění stresem nízké teploty osmotický stres aktivační fosforylace (ser 424 X inhibiční ser 158) 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  O ovlivnění syntézy sacharózy

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 NADPH NADP Trióza-P Trióza-P Fruktóza-6-P UDPG Pi Sacharóza-6-P chloroplast Pi Sacharóza Syntéza manitolu představuje alternativní metabolický sink

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

Modulace syntézy škrobu v závislosti na: Zdrojová buňka 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 Trióza-P Pi ADP 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

Mobilizace škrobu v chloroplastu během noci Zdrojová buňka Mobilizace škrobu v chloroplastu během noci  - amyláza ? ne, vyřazení malý vliv (ATP) pGlcT AMP-P-P + Glukan–OH +H2O AMP + Glukan-O-P + Pi 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

??? Jak je metabolizována maltóza v cytosolu 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..

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