Clemens 2001

Cofaktor für viele Enzyme

große anzhal von Proteinsequenzen enthalten Zn2+ (Superoxiddismutase, Cytochrom-c-oxidase, Plastocyanin

Transport-

Chelatsbildungs-

Sequestrierungsprozesse

-> ordnungsgemäße zufuhr/verteilung Metalllionen -> Metalltoleranz

-> Verlust-> Überempfindlichkeit

natürliche höhere toleranz gegen spezifische Metalle, Metallkontaminierte böden bewachsen

tolerien nucht nur höhere Mengen Metalle sondern akkumulieren diese auch

über 0,1 % des Trockengewichts von Elemneten Ni, Co, Pb

über 1 % Zn

über 0,01 % Cd

Verwendung von Metallhyperakkumulierenden Pflanzen zur Sanierung von metalverschmutzten böden

Ni (75 %), Zn, Co, Se

Pb (4 )

Cd, As (1)

vermutlich Kupfertransporter (Arabidopsis)

->Wurzel nicht nachweisbar, Kupferaufnahme noch identifiziert werden

Experiement: heilt den Mangel an Cu bei S. Cerevisiae Mutante Ctrl 3

Transporter der ZIP Familie

IRT1 Arabidopsis -> breites Substratspektrum Mn2+/Zn2+/Cd2+

Experiment: Unterdrückt Wachstdumdefekte S. cerevisiae-Mutante fet3 fet4

ZIPl ZIP3 Wurzel expremiert rolle aufnahme Zn2+

ZIP4 Wurzel und Sprossgeweben erhöht bei Zinkmangel

ZRT3 mobilisierung von zugänglichem Zink aus der Vakuole (zinkmangel)

Natural resistance associated macrophage proteins

1)AtNramp 1: hochreguliert eisenmangel, komplemtiert die fet3 fet4 mutante-> Eisenhomöostase

2)OsNramp1

3)AtNarmp2-5 (hier gehts um 3-4): ähnlich 1, Cd aufnahme -> störung geringe Cd toleranz/ Überexpression = Überemüfindlichkeit

4)OsN-Ramp2

Wahrscheinlich durch Kationentranspoertr miter einer breiten Substratspezifität

Bsp. Eisenmangel führt zur aufnahmer von anderen Metallionen

Cd2+ Transport aktivität von IRT1, ZNT1 und AtNramp3

macht Hefezellen empfindicher gegenüber Cd2+

vermittelt Na+ Einstrom

Cd2+/ Ca2+ erhöhte Aufnahemaktivität

Pb 2+ transporter (erhöhte empfindlichkeit /verstärkte akkumulation)

toleranter gegenüber Ni2+

reaktivität und begrenzte Löslichkeit der Metallionen

->chelatoren/chaperone binden Metallionen

chelatoren Metallentgiftung —>zytosolischen Metallkonzentratzion puffern

chaperone transportieren Metallionen spezifische zu Organellen und Proteinen

Phytochelatine

Metallothionneine

organische Säuren

Aminosäuren

kleine metallbindende peptide

(c-Glu-Cys) n-Gly

-nicht translational aus reduziertem Glutathion einer Transpeptidierungsreaktion synthetisiert

katalysiert: PC-Synthese

S2-/ Ag / Cu gehen komplexe ein

Experiment: Cd entgiftung -> Cadl Mutante wildtyp-GSH-gehalt, Pcdefizient, Cd hypersensitiv

Cadl3 Mutante (Arabidopsi) empfindlich Cd2+, AsO2-, Cu, Hg, Ag

ubiquitär vorkommende, cysteinreiche Proteine mit niedrigem Molekulargewicht

Metallionen in Metall-Thiolat_Cluster binden

Klasse-I-MT: Cd toleranz, vorrherrschende Zn2+ gebunden-> pufferung

Klass-II-MT: Cu zu binden

Cupl: Störung Cu hypersensitivität, Überexpression Cu toleranz, Cd 2+ bindung

Weizenprotein Ec: Zn2+ bindet

Arabidopsis: 3 Sequenzen Typ 1, 2 Sequenzen Typ 2, 2 sequenzen Typ Ec, 2 Squenzen MT3

Stimuli: Metallexposition, Hormonbehandlungen, Kälte, osmotischer stress, Hitzestress

Schwierigkeit gereinigte MTS zu erhalten->zurückzuführen anfälligkeit Proteolyse

Mögliche Funktionen: Entgiftung von metallen (Cu), Pufferung von Zn, Auffangen von metallen während Blattseneszenz, beteiligung Metallausscheidung über Blatttrichome

Reaktivität von Metallionen mit S, N,O-> carbonsäuren/Aminosäuren potezille Liganden

beteiligt an unterschieldichen Metalltoleranz, Metalltransports durch Xylem und vakulären Metallsequestrierung

-> schwierif eindeutige beweise

Cd2+ ligande bei nidrigen konzentrationen

Ni2+ Komplexe in Ni Hyperakkumulierenden Pflanzen

Zn-akkumulation/Toleranz beitragen

zytosolischer Zinkchelator zinktolerante Pflanzen

Abhängigkeit Kompartimentierung

Verfügbarkeit anderer Ionen

pH Wert

veränderund drr Konzentartion von Aminosäuren/organischen Säuren

Exposition von A. lesbiacum gegenüber Ni-> Amionsäuregehalt Xylem angestiegen-> zurück zu führen anstieg Histidn-Konzentration (Histidinwerte proportional zu Ni-exposition)

neue studien nicht allgemeien Ni-Toleranzmechanismus

nicht proteinhaltige Aminosäure

Synthetisiert: drei Molekülen S-Adenosyl-Methio-9

Vorstufe von Phytosiderophors Mugenesäure (Gegensatz dazu nicht Wurzel ausgeschieden, jede Pflanze)

Chelatbildner Fe2+/Fe3+/andere zweiwertige Ionen

Schwere Wachstumsstörung, interkostale Chlorose

Phänotyp auf Störung internen Transporst von Fe und anden Metallen (Cu) durch das Phloem zurückgeführt

Gene identifiziert

Hefe_kupfer -chaperon

LYS3 kodiert

Experssion der aktiven Cu-haltigen Form der Hefe Superoxiddismutase (ySOD1)unerlässlich

->nicht an der Cu Aufnahem/stabilisierung von ySOD1 beteiligt

reaktivierung Cu(I)-GSH Kupfersalze ySOD1

nur bei niedrigen Cu Konzentrationen essentiell

Bereitsetllung der Kupferionen für mehre Cu forderne Proteine wesentlich bedeutung

konkurieren bei niedrigen Cu Konzentartionen andere chelatoren metallsequestierenden Prozessen um Cu

Liefert Kuper an Cytochrom-c-Oxidase-Komplex

Kupfertransfer zu Post-Golgi-Vesikeln , interaktion mit CCC2 (Cu-pumpenden ATpase vom P-Typ, membran Post-Golgie vesikel sitzt)

RAN1 fungiert als Cu-ATPase

post-Golgie Vesikeln befindet, an der Abgabe von Kupfer an Proteine des sekretorischen Weges beteiligt sind

mehreren Cu-abhänigen Prozessen eine roll zu speilen

->Cu Tracking Netzwerk

1)Transporter mit hoher aktivität (COPT1), Cu ionen durch Cu-Chaperone chelatiert

2.1)Cu-pumpen Transport Organellen

2.2) zytosolische Cu-anhängige Proteine

Blattseneszenz Cu/andere Metallionen mobilisiert-> Verlust wertvoller Nährstoffe zu minimieren

CCH1/ RAN1 hochreguliert Abfangen con Cu ionen

durch efflux oder kompartimierung

Hauptspeicherfach toxischer verbindung: Vakuole ->vakuoläre Sequestrierung

Phytochelatne niedermolekularen (LMW) und hochmolekularen (HMW) cd-binden komplexen vor

-LMW im Zytosol gebildet->Vakuole transportiert, mehr Cd2+/sulfide eingebaut ->HMW bilden (hauptspeicherform von Cd)

AtMRP für PC-Cd-Transport durch Tonoplasten

Cation Diffusion Facilitator

Metalltransporter: Zn 2+/Cd2+

Ralstonia eutropha: CzcD Zn2+ efflux

S. cerevisiae COT1/ ZRC1 Kobalt/Zink/cadmium toleranz

-> Vakuolenmembran lokalisiert beide-> beteiligung Sequestrierung von Metallen

ZAT Zn2+ sequestrierung , wohlmöglich im Tonoplasten

Cd2+/H+ Antiporter Tonoplasten nachgewiesen

Cd Aufnahme ist PH abhängig/ sättigbar

CAX1 hoch affinität (Km von 13,1 µM)

CAX2 niedrige affinität (Km von über 100 µM)-> Aufrechterhaltung Ca2+ Ruhezustand

Phytochelatinen Entgiftung

Histidin-> NI hypertoleranz

Sequestrierung von Metallen in Vakuole