Welche Metalle sind dabei relevant und warum?
Zink/ Nickel wichtigsten hyperakkumulierten Metallen
Kupfer toxischem Mikronährstoff
Cadmium Modell für nicht essientielles Metall mit großer Umweltrelevanz
Was sind die nötigen Eigenschaften einer Pflanze um geeignet zu sein für die Phytosanierung?
schnell wachsen
hohe Biomasse
tief wurzeln
leicht zu ernten
Schwermetalle in oberirdischen erntefähigen teilen tolerieren und akkumilieren
Warum sind Hyperakkumulierende Pflanze von bedeutung in der Landwirtschaft?
1) Kontaminierte böden führen zur anreicherung in den Pflanzen - toxische, nicht essentielle Elemente gelnagen in der Körper
2)essentielle Elemente können angereichert werden um eine besser versorung abzudecken mit Pflanzen
Wodurch schafft die Pflanze due aufrechterhaltung der Metallhomöostasis? (Gleichgewicht)
Elemente werden akkumuliert und ausgeschieden
Wo durch wird die Akkumulationsrate bestimmt?
durch physiologische Anforderungen, nicht durch toxizität
Was ist das dilemma von Kupfer?
1) Ionen unerlässlich für Stoffwechselprodukte
2) Gefährlich in Cu 1 und Cu 2: hohe affinität zu verschiedenen organsichen Molekülen
3) Redox- Aktivität: genutzt für Elektronenübertragungsreaktionen, kann zur Bildung von Sauerstoffradikalen führen
-> Regulierung wichtig
Was ist das dilemma von Zink?
1) Ionen unerlässlich für Stoffwechselprodukte -> Cofaktor verwendet
2) Wichtige strukturelle oder katalytische Komponenten in DNA bindenden Proteinen/ Hydrolytischen Enzymen
3) Unkontrollierte Bindungen -> inaktivierung von Proteinen
Welche Funktionen sind nötig um den essentiel unterschiedlichen Metallbedarf der verschieden organellen zu decken?
Aufnahme-, Puffer-, Translokations- und Speicherprozesse
->Exposition gegenüber unerwünschten stoffen
Was sind die Probleme der Aufnahme- udn Verteilungssysteme?
fehlende spezifität -> verwechslung
Wie liegen Metallionen während dem Transport innerhalb einer Pflanze vor?
1) winziger Anteil freie hydratisierte Ionenen
2) größester Anteil Liganden gebunden
Was ist nötig für die akkumulation von Metallen ?
1) Aufnahmekapazität und interzellulären Bindungsstellen
2) Gewebe- /Zellspezifische unterschiede und interzellulären Transport verkomplizieren diese
Was Beeinflusst die Metallakkumulation in Pflanzen?
Mobilisierung uhnd Aufnahme aus dem Boden
Kompartimentierung und Sequestrierung in der Wurzel
Effizienz der Xylembeladung /-transport
Verteilung zwischen Metalsenken in den oberirdischen Teilen
Sequestierung und Speicherung in Blatzellen
Konzentration und Affinität Chelatbildnern
vorrhanden sein und Selektivität von Transportaktivitäten
Welche Modellmetallophyten sind wichtig?
1) Zn, Ni, Cd hyperakkumulierende typen von Thlaspi caerulescens (Gebirgs-Hellerkraut)
2) Ni hyperakkumulierende Gattung Alyssum
3) Zn-hyperakkumulierende Arabidopsis halleri
Was ist der Zusammenhang zwischen den Häufigsten Elementen auf der Erde und den essentiellen Elementen für Pflanzen?
Stimmen über ein
Was schränkt die Bioverfügbarkeit ein von Metallen?
gringe löslichekeit in sauerstoffhaltigem Wasser
starke Bindung an Bodenpartikel
Wie liegt Eisen hauptsächlich vor?
Eisen 3 (unlöslich)
Was ist bekannt über die aktive Mobilisierung von Eisen als Spurenelementen durch die Pflanzenwurzeln ?
Fe 3, Mobilisierung entweder durch Reduktion zu Fe(II) oder durch Extrusion (Abgabe) von Fe(III)-chelatbildenden Phytosiderophoren -> verbesserung Metallanreicherung
Was schützt vor Aluminium-Toxizität?
-sekretion organischer Säuren -> transgene Plfnazen erzeugt erhöhte Citratproduktion aufgrund der exprimierung bakteriller citrat-Synthase.
Was sind die alternativen ansätze zur steigerung Carboxylatsekrekretion?
Experssion von phosphoenolpyruvatcarboxylase
Pyruvatdikinase
ATP-Citratlyase
Wie verringert die Pflanze Lupinus albus den Ressourcen verbrauch?
Beschränkung der Überproduktion organsicher Säuren auf bestimmte Wurzelzonen durch den einsatz von spezifischen Promotoren
Was könnte ebenfalls den Ressourcen Verbrauch verringern?
Veränderung H+-ATPase Aktivität der Plasmamembran -> unterstützt die Versauerung der Rizosphäre
Was ist das Risiko bei Anwednung von Chelatoren wie EDTA?
eingesetzt bei der Phytosanierung von Bleikontaminationen
->Metall-Chelat-Komplexe in das Grundwasser ausgewaschen werden
Was hat einen großen einfluss auf die Verfügbarkeit von Schwermetallen für die pflanzenaufnahme?
wurzelbesiedelnde Bakterien und Mykorrhiza
Bsp. Zn akkumulation im Spross von Thlaspi caerulescens
Wie erfolgt die aufnahme von Metallionen in die Pflanze ?
1) Metalle von Zellwand gebunden (Ionenaustauscher geringer affinität, geringer Selektivität)
2) Transportsysteme und intrazelluläre hochaffine Bindungstellen vermitteln/steuern fie Aufnahme durch die Plasmamembran (sekundäre Transporter wie Kanalproteine/ H+ gekoppelte Trägerproteine)
-> Membranpotenzial Innenseite Plasmamembran negativ / wurzelepidermiszellen - 200 mV starke Antriebskraft da
Zu welcher Familie gehören die meisten Transporter die ander Aufnahme von Mikronährstoffen beteilugt sind?
ZIP
Nramp
Warum bringt man diese Transporter in verbindung mit der Aufnahme von Mikronährstoffen ?
Expression in der Wurzel
Hochregulierung unter Mangelbedinungen
-> direkre Beweise gibt es kaum
Was sind die Ergebnisse der Hefestudien?
Kationentransporter breites Substratspektrum aufweisen -> grund dafür das auch nicht essentielle Metalle wie Cd in die Zelle gelangen
Was sidn die folgen der Experssion von IRT1 in Saccharomyces cerevisiae (Hefe) Stämmen?
rettet sie bei Fe2+ /Mn2+ und Zn2+ Aufnahmemangel
verursacht Cd2+ Hypersensivität
Welche aufnahme vermittelt der LCT1 Weizen Ca2+ Transporter in Hefe?
Na2+ und Cd2+
Was muss bei der Phytosanierung berücksichtigt werden?
Spezifität und affinität Transportersysteme im verhältnis zur relativen Häufigkeite verschiedenen Substrate (nicht Zielelemente könnten Zielelemnte verdrängen)
Was sind die drei Ansätze zur Verbeserung der Metallaufnahme?
1) Anzahl der Aufnahmestellen erhöhen
2)Spezifität der Aufnahmesysteme könnte verändert werden-> Konkurrenz durch unerwünschte Kationen verringert wird
3) Sequestrationskapazität könnte durch eine Erhöhung der Anzahl intrazellulärer hochaffiner Bindungstellen oder der Transportraten in die organellen verbessert werden
Welche Korrelation wurde bei der ZIP Familie in Thlaspi caerulescens festgestellt?
Unter Zn armen bedinungen werden ZNT1 und ZNT2 stärker exprimiert (vergleich zu nicht hyperakkumulierenden Verwandten T. arvense)
-> 4-5 höhere Zn2+ Aufnahme
-> Überexpression von Aufnahme systemen zu einer verstärkten Akkumulation von übergangsmetallen führen
Wie kann die Substratspezifität manipuliert werden?
Austausch verschiedner konservierter Reste in der Transpotern der ZIP Familie
Alanin-> Mutantenversionen von IRT1 ->keine transport von Fe2+/ Mn2+ beibehalten für Zn2+ und Cd2+
Was steuert die passage von Übergangsmetallionen durch die Plasmamembran?
Intrazelluläre Bindungen und Sequestrierung (akkumulierung und einlagerung)
Was ist die bedeutung von Phytochelatine?
-Glutathion abgeleitete metallbindende Peptide
-zellen die dies Syntetisieren haben eine höhre Cd2+ toleranz/ Cd-Akkumulation (bei subtoxsichen Konzentrationen) ->Pflanzen/Pilze/Tiere regaieren bei so bei Metallexposition
-ein Mangel davon führt zur Überempfindlichkeit für Cd, Cu und As
-> Experiment: Bildung vn Phytochelatin durch Überexpression von Enzymen zu steigern, die Synthese des phytochelatin- Vorläufers Glutathion ( nur leichte bis gar kein Effekt)
-Spalthefen: Hmt1 (ABC-Transporter) Phytochelatin- Metall-Komplexen in Vakuole
Was sind sind Kationen-Diffusions-Facilitatoren (CDF)?
potenzielle vermittler der Metallbindung und Anreicherung
eukaryotisch: Transport Zn, Cd, Co
Korrelation: Expressionsniveaus/ Substratspezifitäten und Hyperakkumulationsphänotyp
Was ist die Folge davon das Arabidopsis Pflanzen ZAt Transporter überexprimieren?
Zn2+ tolleranter und akkumuliren mehr
->Daher ist die Entwicklung von Mechanismen der Metalltoleranz
Mechanismen, wie die Bildung von Metallchelatbildnern
Molekülen oder durch Transporter vermittelte vakuoläre
Sequestrierung, zu einer verstärkten Akkumulation führen können.
Wie erfolgt die aufnahme in das Xylem?
1)Apoplast-Kontinuum der Wurzelepidermis und rinde sind leicht durchlässig für gelöste Stoffe
2) Zellwände der endodermalen Zellschicht wirken als Barriere für die Apoplastischen Diffusion ind das Gefäßsystem
3) gelöste Stoffe müssen zu erst ins Wurzelsymplsma aufgenommen werden
4) in den Xylem transport
4.1 Sequestrierung von metallen in den Wurzelzellen
4.2 sympkastische Transport in die Stele
4.3 Freisetzung in das Xylem
Wie ist der Transport von Ionenen ins das Xylem?
streng kontrolliert
Membrantransportproteinen vermittelt (unidentifiziert)
Was führt zu einer 50 fache erhöhung der Transportrate von Ni in Alyssum montanum?
erhöhte Mengen von exogen zugeführten Histidin
Histid ist in der lage Ni2+ zu chelatisieren
Expriment: ni2+ Exposition bei Ni hyperakkumulatoren -> erhöhung Histidin
Wozu führt eine Chelatbildung?
kontrollierten Verteilung und Entgiftung von Metallen im Spross, umverteilung in das Phloem
Was könte du einer Verbesserung des Xylemtransportaten führen?
erhöhung der stationären konzentrationen eines chelators -> fördert die mobilität eines metalls von der Wurzel zu Spross
Wie kommen Übergangsmetalle ins Pflanze und werden dort transportiert?
1) gelangen mit Xylemsaft in den Apoplasten
2) Transporter vermitteln aufnahme in den Symplast
3) verteilung innerhalb des Blattes über Apoplast oder Symplast
4) Organellen spezifische konzentration vermittelt zb metallchaperone CCH1, Pumpen ATPasen vom PTyp
5) Überschüssige Metalle in Vakuolen gespeichert-> Verteilungsmuster variiert Pflanzenart/ Element
Wofür ist RAN 1 verantwortlich?
RAN1 Cu in Post-Golgi-Vesikel pumpt und für die Abgabe von Cu an den Ethylenrezeptor und andere Proteine erforderlich ist
Welche rolle Spiele Trichome?
Speicherung und Entgiftung von metallen
Brassica juncea 40 fach höhere Cd konzentration in den trichomen als im restlichen blatt
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