Plantenfysiologie Hoorcolleges
*Note: rode opmaak zijn opmerkingen vanuit de eventuele Q&A’s*
-> Colleges van 2019/2020 want corona…. :( Er miste een hoorcollege dus die is van
2018/2019. Dit staat aangegeven.
01A. Plantenfysiologie - Introductie
-
01B. Signal and Signal transduction (1)
Planten moeten continu kunnen reageren op veranderingen in
de omgeving. Signalen moeten dus kunnen worden
waargenomen, vertaald en geïntegreerd worden. Anders
wordt het energetisch onvoordelig voor de plant.
Signaaltransductie cascades bij planten zijn erg belangrijk
want ze kunnen niet zomaar bewegen en zijn dus heel
afhankelijk van hun omgeving.
We hebben omgevingssignalen (exogeen) en signalen vanuit
de plant zelf (endogeen).
Er zijn temporele en spatiële signaleringen (van milliseconden
tot aan jaren). -> denk aan kruidje-roer-me-niet en
mechanische stress bij een boom. Zo zijn er snelle
(elektrochemische/electrofysische responsen), (daartussen
genexpressie) en langzame responsen (chromatine niveau / epigenetisch niveau).
Zonnebloemen elongereren zo dat ze de meeste hoeveelheid zon mee kunnen pakken. Hij
staat aan het begin van de dag met zijn hoofd naar het oosten en draait met de zon mee
naar het westen + Bij volwassen planten richten ze richting het oosten. Zo krijgen ze de
ochtendzon en warmen op. Hierdoor produceert hij hormonen die een geur produceren die
bestuivers aantrekt.
De vernalisatie respons neemt plaats over maanden (een plant moet de winterkou hebben
meegemaakt om uiteindelijk in het voorjaar te kunnen bloeien). De kou die veranderd de
vouwing van het DNA waardoor er een remmer op de groei gaat zitten. Deze moet ook
worden verwijderd.
Cel-autonome respons: Stimulus en respons vinden in dezelfde cel plaats.
ABA zorgt voor het sluiten van de huidmondjes. Bij droogte wordt er dus ABA geproduceerd.
Anders gaat de plant verwelken. Guard cellen zijn de sluitcellen van de huidmondjes.
,Niet cel-autonome respons
kan over een kleine en grote
afstand plaatsvinden.
Bijvoorbeeld bij weinig water in
de grond zullen de
huidmondjes sluiten.
Via plasmodesmata
(openingen in het
celmembraan) kunnen deze
signaleringen tussen cellen
plaatsvinden. Deze staan niet
altijd open en kunnen dus gereguleerd worden -> eiwitten zijn dus mobiel en kunnen
bewegen. (Shortroot eiwit en scarecrow-eiwitten binden soms aan elkaar maar dan zijn ze te
groot om door de plasmodesmata heen te kunnen. Dit is dus een soort val om het eiwit vast
te kunnen houden in een buurcel.
In de stele bevindt zich het floeem en het xyleem.
Bij lange afstand signalering kan het via floeem of xyleem doorgegeven worden, via de lucht
(Die door de plant zelf worden afgegeven, ethyleen is een gasvormige signalering maar
bedenk ook de geur van boontjes of het huilen bij uien). Auxine daarentegen gaat van cel
naar cel, hij wordt opgenomen door het influx carrier van een cel en wordt afgegeven door
de efflux carrier van de cel. Hij neemt bij wijze van spreken het aan de onderkant op en
pompt het aan de bovenkant er weer uit.
01C. Signal and Signal transduction (2)
Aan het begin van de signaaltransductie route staat het signaal die aan de receptor koppelt.
De receptor zit in het plasmamembraan van de cel. de route die zet het signaal voort binnen
de cel. Maar ze kunnen ook in het membraan van het ER zitten (cytokinine en ethyleen). Ze
kunnen ook in het cytoplasma zitten of in de kern. Waar die zich bevindt heeft alles te maken
met het ligand dat zich aan de receptor bind.
Een Brassinosteroid kan niet over de celmembraan dus daarom moet de receptor daar wel
aan het plasmamembraan zitten. -> receptor kinase
De receptoren in plantencellen zijn vanuit bacteriële oorsprong (tweecomponent systeem
receptoren, fotolyases deze worden actief bij blauw licht en zijn betrokken bij DNA schade ->
cryptochromen in planten). Maar ze kunnen ook meercellig eukaryotisch zijn ontstaan (F-box
eiwit eiwitten die betrokken zijn bij het targetten van eiwitten voor afbraak, als ze het eiwit
herkennen wordt het eiwit afgebroken, receptor kinases ze kunnen als ligand binden maar
ze hebben ook een kinase domein die andere delen kan activeren aan de binnenkant van
het plasmamembraan heeft een domein dat pas geactiveerd kan worden als de buitenkant
receptor aan het plasmamembraan al geactiveerd is).
Het signaal dat de plant bereikt kan zwak zijn waardoor versterking nodig is. Het signaal kan
ook uitdoven omdat het de kern moet bereiken vanaf het membraan. Versterking kan
worden gedaan door middel van kinases enzymen die eiwitten fosforyleren, waardoor het
(in-)actief wordt of door middel van het calcium ion een second messenger die makkelijk
opgenomen kan worden. Signaaloverdracht kan via de MAP-Kinases -> een enzym kan
tientallen andere enzymen activeren. Een Map Kinase Kinase Kinase fosforyleert een Map
Kinase Kinase. Die fosforyleert op zijn beurt weer een Map Kinase. Die kan dan weer
,andere eiwitten fosforyleren. Ze kunnen meerdere volgende stappen fosforyleren -> dus met
een klein signaal kan je meerdere eiwitten fosforyleren. Het signaal kan ook weer worden
gedempt door middel van een fosfatase die defosforyleert het proces. Calcium is als second
messenger erg belangrijk om andere eiwitten te activeren.
1. Calmodeline, wanneer calcium bindt kan calmodulin aan andere eiwitten binden
waardoor andere eiwitten actief worden
2. CBL
3. CIPK, kinase, wanneer calcium bindt dan veranderd de structuur van het eiwit
waardoor de kinase actief wordt en hij andere eiwitten kan fosforyleren.
4. CDPK, kinase, wanneer calcium bindt dan veranderd de structuur van het eiwit
waardoor de kinase actief wordt en hij andere eiwitten kan fosforyleren.
pH kan als messenger werken, vooral als het buiten de cel, in de celwand veranderingen
optreden. Bij een verhoogde H+ waarde komen er auxines vrij die de activiteit van de
protonpompen verhoogd. De protonen gaan naar buiten hierbij. Hierdoor wordt de celwand
zuurder hierbij worden expansines actief, deze zorgen dat de matrix van (cellulose)
microfibrillen en andere suikerketens losser worden, (wanneer er tegendruk wordt gevormd,
drukt de celwand hierbij terug) de celwand drukt hierbij niet genoeg terug. De turgor druk in
de cel blijft gelijk, de tegendruk van de celwand wordt minder en zo
wordt via een route de celwand in een turgor fase ontwikkeld en de
cel wordt dus groter. Hij elongeert in een richting en dit heeft alles te
maken met hoe de microfibrillen zich verspreid hebben (De
microfibrillen geven de stevigheid). Je kan ook zuurstof radicalen als
messenger gebruiken. Deze hebben een ongepaard elektron
waardoor hij heel reactief is. In de meeste gevallen gaan de cellen
ook dood. Dit doen planten bijvoorbeeld om infectie te voorkomen.
Vetzuren/Fosfolipiden staan bekend als bouwstenen van
plasmamembranen, ze hebben vetzuurstaarten, deze zijn hydrofoob,
en hebben een hydrofiele regio die bestaat uit glycerol, fosfataat en
choline. Vetzuurstaarten kunnen een rol hebben in de signalering
maar ook de andere groepen, hier weten we alleen nog te weinig
vanaf.
Bij genexpressie is de activatie door middel van transcriptie
factoren belangrijk. De promotor zorgt ervoor of een gen aan of
uitgeschakeld wordt. Transcriptiefactoren zijn eiwitten die
kunnen binden aan bepaalde stukken van de promotor. Dit
schema moet je ook kennen ->
De 2D en 3D structuur van een eiwit zijn erg belangrijk. De
vouwing is ook erg belangrijk.
Elke stap in het proces van genexpressie kan gereguleerd
worden.
Transcriptie wordt gereguleerd door transcriptiefactoren (twee
types: RNA polymerase proces, en regulatoire promotor factoren
-> specifieke transcriptiefactoren <- Deze zijn het belangrijkst).
DNA-vouwing is ook een manier van regulatie. Op lange termijn worden deze vouwingen
steeds belangrijker.
een RNA polymerase complex zorgt ervoor dat er eiwitten worden geproduceerd. Daarin
zitten ook een heleboel transcriptiefactoren. Specifieke transcriptiefactoren binden aan de
promotor van een gen. Dit gebeurt altijd upstream van het RNA polymerase complex. Deze
, bepalen wanneer, hoeveel en waar het tot transcriptie komt. Ze zijn dus regulatoren. Of een
transcriptie kan binden aan de promotor van het gen is afhankelijk van hoe het gevouwen is
(hoe toegankelijk het DNA is). Het DNA kan heel compact opgevouwen zijn. DNA vouwt zich
rond zogenaamde nucleosomen deze bestaan uit 8 eiwitten, histonen (2x H2a,H2B,H3 en
H4) uit elk van deze histonen steekt een ‘eiwit-staartje’ deze kunnen geacetyleerd worden of
gemethyleerd. De hoeveelheid groepen dragen ook bij aan de sterkte van hoe de histonen
om het DNA gewikkeld zijn. De histonen samen vormen het nucleosoom. er worden steeds
143 basenparen omheen gevouwen. Tussen de nucleosomen is er nog DNA vrij-
toegankelijk. Daar kan dus een transcriptiefactor aan het DNA binden. Lysines en Cytosines
kunnen ook gemethyleerd worden. Dit samen is epigenetische modellering. Er kunnen 1,2 of
3 methylgroepen aan komen.
Histonen kunnen worden geremodelleerd. Bij vernalisatie is er een structuur rond een
remmer van bloei. Deze is wel heel open. Op het moment dat het kouder wordt worden de
acetylgroepen vervangen door methylgroepen waardoor het DNA strakker om de
nucleosomen gewikkeld wordt. Hierdoor valt de remmer eraf. Het enige wat er nog nodig is
is een groei-activator en dat gebeurt door het verhogen van de temperatuur en het
verlengen van de daglengte.
miRNA (microRNAs) zijn gen gecodeerd maar worden niet getransleerd tot een eiwit, ze
worden gevormd tot dubbelstrengs RNA, een daarvan is complementair met mRNA. Bij
koppeling hiervan creëert het een RISC complex waardoor miRNA gesliced of RNA-
silencing-complex zorgt ervoor dat het ribosoom er niet langs kan waardoor er geen
translatie plaats kan vinden (door het ribosoom). De complementaire sequentie is een repeat
sequence waardoor er een soort loop gevormd kan worden. De loop is het pre-miRNA en
dat wordt dus herkent door het RISC-complex er zit een AGO-eiwit (argonaute) wat een
katalysator is. Deze processed het pre-miRNA. En die zorgt ervoor dat de loop eraf gehaald
wordt. HET RISC complex brengt hem dus naar het mRNA. Het is dus een regulatoire
tussenstap.
Als een eiwit getransleerd wordt kan
het zelf een onderdeel vormen van de
signaalcascade. Hij kan worden
afgebroken door het 26S proteasome,
die een poly-ubiquitin-staart herkent.
Hij breekt hem af tot peptides die
hergebruikt kunnen worden.
De afbraak gebeurt door middel van 3
E eiwitten:
E1: Ubq-activerend enzym
E2: Ubq-conjungerend enzym
E3: Ubq-eiwit ligase
(E2+) E3 herkent de eiwitten die moeten worden afgebroken en die zorgen voor de poly-
ubiquitine-staart.
E3 met het eiwit dat moet worden afgebroken vormt een sleutel-slot interactie met elkaar.
Deze interactie zorgt voor de cyclus om hem af te breken door het 26S-proteosoom.
Je hebt 4 verschillende E3-ligase complexen: HECT, Ring/Ubox, SCF (deze is het
belangrijkst) en APC.
● HECT domain
- HECT
● RING-finger domain
