Mi jellemző a növényi növekedésre Fitokrómok spektrumai Ti-plazmid NOD gének szerepe Paál kísérletek

Átírás

1 1. Mi jellemző a növényi növekedésre: az egyed élete során lejátszódó mennyiségi és minőségi változásokat foglalja magába. A növekedés és differenciálódás együttesen eredményezi a fejlődést, ami a növény élete során lejátszódó vissza nem fordítható változások egymásutánisága. Új sejtek jönnek létre, a test differenciálódik, különböző funkciók ellátására specializálódó szövetek jönnek létre. Az egyedfejlődés során felépítésbeli és működésbeli változások mennek végbe. Ez a növekedés és fejlődés a belső és környezeti tényezők hatásának az eredménye. Az egyedi életre a periodicitás jellemző. Az olyan napszaki változásokat, amelyek a környezeti tényezőktől függetlenek, cirkadián ritmusnak nevezzük. A növényi test gyarapodásában nagy szerepet játszik a sejtek növekedése. Ezeknek két csoportja van: plazmatikus és merisztematikus növekedés. 2. Fitokrómok spektrumai: a morfológiai változást eredményező fényreakciók fotoreceptora a fitokrom. Vízben oldódó összetett fehérje, több alegységből áll; alegységenként egy-egy színt hordozó nem fehérje természetű tetrapirrol koromoforr csoporttal. A növényi szövetekben két formája található P660 és P730. A P660-as a fotomorfózisokban inaktív. A P730-as forma világos vörös fény hatására keletkezik a P660-asból. A két forma reverzibilis átalakulásra képes: a P730-as forma sötétvörös fény hatására P660-assá alakul. A P660 P730 átalakulás kétszer hatékonyabb ezért természetes megvilágításban a P730 dominál. 3. Ti-plazmid: Agrobacterium tumafaciens sejtburjánzást idéz elő száraz levélen. Az Agrobact. Hőérzékeny szervezet, 42 C-on elpusztul. Ha a növényt megfertőzzük és 43 C-ra teszem a baktériumok elpusztulnak a tumor viszont tovább nő, bár baktérium nincs benne. Az Ag. t.-ben Ti-plazmid található, mai tumort indukál. Azok a törzsek hoznak létre tumort, amelyek ezt a Ti-plazmidot tartalmazzák. Az Ag.t. nagy endogén plazmidjának (Ti-palzmid) egy fragmentumát bejuttatja a gazdanövény genomjába, és annak expresszálódása okozza a tumoros fenotípust. A Ti plazmidon a tumor képződésért felelős gének mellett opinszintézisért felelős gének is vannak. Normális körülmények között a növény nem termel opinokat, csak a transzformáció után. A tumor DNS-t plazmid DNS-sel hidrolizálták a Ti-plazmid integrálódik a növényi genomba, és így idegen gént tudtak bejuttatni a növénybe. Így transzformált növényi sejt jön létre transzgénikus növény. Ebben a növényben benne van az idegen gén ez felhasználható sok anyag, vegyület előállítására. Szerepe a növénynemesítésbe van, valamint a transzgénikus növények jelentősek hormonkutatásba: lehetősséget adnak a hormonszintézis mértékének belülről való szabályozására, segítségével idegen géneket tudunk bejuttatni más sejtekbe. A Ti-plazmid régiói: 1. ori-régió ha a növényi szövetek sérülnek, fenoloxidázok keletkeznek, ezek indukálják az Ag.t.-t. 2. viv-régió: virulenciáért, fertőzőképességért, életképességért felelős. 3. onkogén-régió: a tumor megindulásáért felelős. Ennek baloldali szekvenciája lép be a növényi genomba, annak bármelyik részébe. 4. NOD gének szerepe: a gyökérgümőkért felelős géneket, nodulációs géneknek, NOD géneknek nevezzük. A NOD gének által termelt vegyületek fontosak a fajspecifitásban. 5. Paál kísérletek: (1919) a levágott koleoptil csúcsot féloldalasan helyezte vissza a sötétben tartott levágási felületre, és ezt a csúcs alatti felszínen egyoldalasan, megvilágítás nélkül is azt tapasztalta, hogy növekszik. Ezt fejlesztette tovább Went, aki a levágott csúcs helyett kis agarkockát tett oda, de előtte erre az agarra helyezte a levágott koleoptilokat. A vizsgált anyag az agarba diffundált és ezt igazolta azzal, hogy az agarkocka hatására is görbülést tapasztalt. 1

2 6. A hajtás és a gyökér differenciálódása: a differenciálódás és a növekedés együttesen egy olyan fejlődést eredményez, amely vissza nem fordítható folyamatok egymásutánja a növényi egyed élete során. Először a zigótából a csíratengely alakul ki, melynek csúcsán osztódó szövet található. A csúcsmerisztémákban találhatók az iniciális sejtek és az elsődleges merisztémák. Ez utóbbiak osztódásával létrejövő sejtek elveszítik osztódó képességüket és csak meghatározott szöveteket hoznak létre. A vegetatív test további gyarapodásra a vegetációs kúpok működésének az eredménye. A csúcsmerisztémák korlátlan működésű osztódó szövetet tartalmaznak. A hajtás vegetációs kúpjának tunika rétege a levél primordiumok és oldalhajtás iniciálisokat hozza létre. A levél primordiumok korlátozott növekedésűek, nem tartalmaznak osztódó szöveteket. A szár és gyökér esetében a növekedés szakaszai jól láthatóan elkülönülnek. A korlátlan növekedésű csúcsmerisztémák a növényi szervet további sejtekkel gyarapítják, míg a megnyúlási zónában a sejtnagyobbodás az, ami gyarapítja a szervet. A gyökéren a felszívási zónában az elsődleges szövetek már differenciálódnak. A gyökérsüveggel védett csúcsmerisztéma sejtjeinek osztódásával keletkező sejtek a megnyúlási zónában megnagyobbodnak és differenciálódik az epibléma, a sztéle szövetei és az elsődleges kéreg szövetei. 7. Növényi hormonok felsorolása, auxin felépítése: auxinok: indol-ecetsav, fenilecetsav, indol-propionsav; gibberellinek: GSi, ma 60-nál több szabad és 20 kötött ismert; citokininek: zeatin, izopentenil-adenozin, kintin; abszeizinsav; etilén; szintetikus anyagok: β-naftil-ecetsav, β-naftoxi-ecetsav, trijód-benzoesav. Auxin felépítése: indolvázas vegyületek, prekurzoruk a triptofán. 8. Gibberellinek kémiai tulajdonságai: valamennyi gibberellinbe 4 gyűrűből álló gibbánváz található. Ennek 7. C atomján karboxilcsoport van. A ~-ek két csoportra oszthatók: 19 C atomos és 20 C atomos. A 19 C-ok tartalmaznak az A gyűrűben laktongyűrűt. A gibbánváz 7. C atomján található karboxilcsoport fontos a fiziológiai aktivitás szempontjából. A legaktívabbak azok a ~-nek amelyek A gyűrűjében belső laktongyűrű van. A ~-ek kötött formáit is azonosították. A mai ismeretek a szabad ~- eknek glükózzal alkotott észterei ill. glükozidjai.. Ez azt jelenti, hogy a 7. C atomon levő karboxilhoz észter vagy valamelyik OH csoporthoz glükozidos kötéssel glükóz kapcsolódik. A csíranövény első ~ forrása a raktározószövetek kötött ~-je. A szintézisében a közvetlen prekurzora a kaurén. SZINTÉZISE: aktivált ecetsav mevalonsav dietilpirofoszfát izopentenil-pirofoszfát farnezil-pirofoszfát. Ez az intermedier kiindulópontja több szintetikus útnak: karotinoidok, gibberellinek, abszcizinsav, szteroidok. 9. Jazmonsav, brasszinoszteroidok, szalicilsav: Jazmonsav: növekedésgátló, serkenti az öregedést, fontos stresszjelmolekula, mivel exogén alkalmazásukkor intenzíven növelik egyes gének expresszóját, amelyek sebzéskor lépnek működésbe. Brasszinoszteroidok: exogén alkalmazáskor auxin szerű aktivitásúak, repce pollenből mutatták ki először. Szalicilsav: hő termelő növényekben úgy azonosították, hogy megemeli az anyagcsere aktivitást és cianidrezisztens légzést vált ki. Jelentős ezenkívül a nekrózist okozó patogénekkel szembeni rezisztenciában. 10. ABS hatása: növekedés gátlás, szabályozza a rügyek, magvak dormanciáját, lombhullást, termésváltást, sztrómák hidroaktív csukódását, gyümölcsérést, száraz termések felnyílását. Vízvesztés esetén gyorsan emelkedik az ABS tartalom, de csak a vízvesztés kezdeti szakaszában. A levelek rehidratálódása után az ABS szint csökken. Az ABS zárósejtek plazmalemmájában levő K-specifikus ioncsatornák vannak, és ezek nyitódá- 2

3 sát idézi elő K-tart. csökken a sejtben a turgor megszűnik a sztóma becsukódik. Az ABS egyes ioncsatornák nyitásával fokozza a citoplazma Ca szintjét, ennek pedig a sztóma záródásában van szerepe. 11. A sejtmag szerepe a morfogenezisben: az Acetabularia moszat egyik pólusa magasabbrendűek alakjára emlékeztetően egy kalapban, a másik gyökérre hasonlítóan egy gyökérszerű részben végződik. Az egyedfejlődés során a növényi egyed, szerv vagy sejt tengelye mentén, olyan módon jönnek létre különbségek, hogy a tengely egyik vége a másiktól valamiben különbözik: strukturális különbségek, anyagok cc-beli különbözősége, biokémiai különbségek. Ezen különbségek alapján pólusok alakulnak ki. A tengely kialakulása az aktin filamentumok kialakulásától függ, ezek rendszere rögzíti a tengelyt, ami külső indukáló jel hatására alakul ki. A differenciációt a sejtmag határozza meg. Az Acetabularia moszat esetében a sejtmag izolálható. A moszat tetejét levágták, izolálták a sejtmagját és azt nem alulra, hanem felülre helyezték vissza. Ezzel azt az eredményt kapták, hogy a moszat felső részén lett az alsó gyökérszerű rész a sejtmag a deklaráló a polarizációban. A kalap a sejtmag nélkül is megnő, de fajtája függ a magtól. 12. Auxinok kimutatása: A ) Went kísérletével: agarkockába diffundál az auxin, ezt visszahelyezve a koleoptilra, a görbülés mértéke arányos az agarkockában levő auxin mennyiségével Avena görbülési teszt. B ) egyenes növekedésű koleoptil-szegment teszt: a koleoptil szegmenteket IES oldatokban inkubáljuk és időbeli hosszváltozásuk mértékét vizsgáljuk. C ) analitikai módszerekkel történő kimutatás: TLC, HPLC, spektrofotométeres eljárás, gázkromatográfia, tömegspektrometria, radioimmun vizsgálat (RIA), monoklonális antitestek felhasználása (ELISA). D ) polaritás jelenségek: fűzfa teszt és gyűrűzési módszere. 13. NR, NiR folyamata, szubsztrátja, kofaktora: a nitrátok redukciója két lépésben zajlik le. A folyamat első lépését a nitrátreduktáz enzim katalizálja. A magasabbrendű növényekben az enzim hem-tipusú vasat, flavint, molibdént tartalmaz. A nitrátreduktáz polipeptid két alegységből épül fel. Ezek 3-3 prosztetikus csoportot tartalmaznak: FAD, citokróm-b, Mo-pterin. Az enzim két katalitikus hellyel rendelkezik, ahol is az elsőn a NADH2 redukálja a FAD-ot, az elektronok a citokróm-b-n keresztül jutnak a második katalitikus helyre, ahol a Mo-pterin a felvett elektronnal redukálja a nitrátot. Az enzim fontos a nitrát asszimilációba, mert a fehérjeszintézis intenzitását is meghatározza. Nitrit keletkezik a nitrát redukciója során is, és ezt is redukálni kell, hogy a növények számára felhasználható legyen. A nitrit redukciója ferredoxinnal történik magasabbrendű növényekben. A ferredoxin erősen negatív redoxipotenciállal rendelkezik és a nitrit közvetlen elektrondonorja. A ferredoxin pedig a fotoszintézis fényreakciójában redukálódik. 14. Mit gátol a CO, NaN 3, CN: a citokróm oxidázt gátolják, így az elektron nem tudja az oxigént oxidálni vízzé. A citokróm oxidáz a molekuláris oxigént redukálja vízzé, ez végzi a mitokondriális elektrontranszportlánc végoxidáza. Ha az elektronok a citokróm oxidázon keresztül jutnak az oxigénre, akkor ezt az utat citokróm útnak nevezzük. Itt egy NADH2 oxidációja során 3mol ATP keletkezik. 15. Az alternatív oxidáz speciális inhibitora: szalicil-hidroxánsav 3

4 16. Természetes és mesterséges auxinok: T: indol-ecetsav, indol-propionsav, fenilecetsav. M: β-naftil-ecetsav, β-naftoxi-ecetsav, triklór-benzoesav, metil-klórfenoxiecetsav, diklórfenoxi-ecetsav. 17. Polaritás fogalma: az egyedfejlődés során a növényi egyed, szerv vagy sejt tengelye mentén, olyan módon jönnek létre különbségek, hogy a tengely egyik vége a másiktól valamiben különbözik: strukturális különbségek, anyagok cc-beli különbözősége, biokémiai különbségek. Ezen különbségek alapján pólusok alakulnak ki. A növényi sejt heteropoláros. A polaritás oka bizonyos anyagok, struktúrák gradiensszerű eloszlása a tengely mentén. Stabilizációjához sejtfal jelenléte szükséges. 18. Nitrogenáz enzim természete Cianobaktériumokban: a N redukcióját a nitrogenáz végzi és ennek genetikai információit a baktérium gyűrűs DNS-e kódolja. A DNS-en is a nif-gén. Maga az enzim két fehérjekomplexből épül fel. A kisebbikben Fe-S protein, a nagyobbik alegységben még molibdén is található. Az enzimet a molekuláris oxigén gátolja, ezért a baktériumban az enzim működésének feltétele az alacsony ox. cc. A reakció viszont nagy ATP igényű, ezért elengedhetetlenül fontos az oxidatív légzési lánc működése. A pillangósok gyökérgümőiben egy leghg található, ami a vér Hg-jéhez hasonló. Az ehhez kötött ox. felhasználásával történik a reakció. 19. Went kísérlet: agarkockába diffundál az auxin, ezt visszahelyezve a koleoptilra, a görbülés mértéke arányos az agarkockában levő auxin mennyiségével Avena görbülési teszt. A görbülést diffúziós anyagok okozzák. 20. ATP szintetáz felépítése és működése: a fotoszintézis ATP igényét a fotofoszforillálás elégíti ki, amikor is a fényenergia kémiai energiává alakul. Membránokhoz kötött ATP szintézis játszódik le. A membránokban elektronszállító láncok vannak. A Mitcheli féle teória szerint az elektronok E-ja protongradiens ill. potenciálkülönbség kialakítására fordítódik. Ez a protongradiens alakul át kémiai E-vá az ATP foszfátkötések létrejötte közben. A membránon egy gomba alakú, a membránt teljesen keresztül érő fehérjekomplex található, amely az ATP szintézist végzi. A komplex több fehérje alegységből épül fel. A lipidrétegbe mélyülő részhez több alegységből álló, a membrán felszínén úszó fehérje egység is kapcsolódik. Ezen alegységek közül az egyik az ADP + anorg P = ATP reakció katalízise. 21. Gibberellinek kimutatása: biológiai tesztek: 1. inaktív növényeket felhasználó tesztek: törpe borsó, -kukorica, -rizs. 2. növényi részeket felhasználó teszt: törpe borsó epikotil teszt. Enzimindukciós teszt: árpa aleuron teszt. Megnyúlásos növekedést serkentő hatás vizsgálat: saláta hipokotil, tök hipokotil teszt, levélszegment tesztek. 22. Citokininek kémiai természete: azokat a vegyületeket tekintjük ~, amelyek megfelelő auxin cc esetén sejtosztódást indukálnak. A ~ adenin származékok. Leggyakoribb a növényekben a zeatin: ennek izopentenil oldallánca egy OH-csoportot tartalmaz és öttagú gyűrűjéhez ribóz vagy ribóz-foszfát, esetleg glükóz kapcsolódhat. Olyan trns-ekben is találunk citokinin aktivitású vegyületeket, amelyek antikodonja adeninnel kezdődik. 23. Etilén hármas reakciója: a pillangósokra vonatkozik, lényege, hogy az etiolált csíranövény növekedése gátlódik olyan levegőben, ami etilént tartalmaz és az epikotil kampó nem nyílik ki, de mögötte szárdarab megduzzad. A növény horizontálisan növekszik és elveszti negatív gravitropizmusát. 0,1 l/l etilén cc mellett már bekövetkezik. 4

5 24. Auxin hatása a génexpresszióra, kimutatása: az auxin növekedést szabályzó hatását a gének működésének szabályozása útján, transzlációs és transzkripciós szinten a gének represszálása vagy depresszálása útján fejti ki. Bizonyítékai: a megnyúlást RNS és fehérjegyarapodás kíséri, exogén auxinnal ez hasonlóképpen kiváltható, ha megjelöljük a nukleotid bázisokat és As-kat, kiderül, hogy az auxinok serkentik azok beépülését. Anyagcsere gátlókkal megállapították, hogy az auxin indukálta növekedéshez szükséges RNS a mrns. Az aktinomicin-d speciális RNS gátló, az 5-fluoruracil csak a mrns-t nem gátolja. Hatására a csíra hipokotilba 70%-kal kevesebb RNS képződött, mint a kontrollba, de a megnyúlást nem gátolja. Szétválasztották azokat a mrns-eket, amelyeket az auxinok indukálnak és előállították ezek komplementer DNS-ét. Agrobacterium tumafaciens Ti plazmidjainak segítségével ezeket bejuttatták a növényi szövetekbe. Ugyanazokat a növekedési jelenségeket tapasztalták, mint auxin kezeléskor. Ez bizonyítékot szolgáltatott génexpresszióra. Kimutatás: Went kísérlettel, egyenes növekedésű koleoptil-szegment teszt, analitikai módszerekkel történő kimutatás, polaritás jelenségek. 25. Konzekvens szekvencia: szerkezeti részek kapcsolódási sorrendje. 26. Fitokrómok kémiai felépítése és alegységei: ezek pigment rendszerek, és két formájuk van: P660 és P730. A sötétben nőtt növényben a P660-as fitokrom van jelen. Ez kék színű. A P730-as forma zöldeskék. A fitokrómok tetrapiroll rendszere lineáris szerkezetű, konjugált kettős kötéseket tartalmaz. Ez delokalizált elektronfelhőt jelent, melynek π elektronjai gerjesztődnek fényenergia hatására. A fitokrom vízben oldódó összetett fehérje, több alegységből áll; alegységenként egy-egy színt hordozó nem fehérje természetű tetrapirrol koromoforr csoporttal. A növényi szövetekben két formája található P660 és P730. A P660-as a fotomorfózisokban inaktív. A P730-as forma világos vörös fény hatására keletkezik a P660-asból. A két forma reverzibilis átalakulásra képes: a P730-as forma sötétvörös fény hatására P660-assá alakul. A P660 P730 átalakulás kétszer hatékonyabb ezért természetes megvilágításban a P730 dominál. 27. Koleoptil fototropizmusa a fény fluoreszcenciájának függvényében: fény által irányított helyzetváltoztató mozgás. Legjellemzőbb megnyilvánulása a pozitív fototrópos görbülés, ami fontos abban, hogy a növény a fotoszintetizáló szerveit a fény felé fordítja. A fototrópos görbülés a fény felőli oldal növekedés gátlása és az árnyékos oldal növekedésserkentésének eredménye. A fény intenzitásának megváltozása a megvilágított és a sötét oldal között fiziológiai változásokhoz, növekedési asszimetriához vezet. 28. Rhizobaktérium gyökérgümő képzésének folyamata: a levegő elemi N-jének megkötésére szabadon élő és szimbiontikus mikroorganizmusok képesek. Ilyenek a pillangós virágúak gyökérgümőin élő Rhizobium fajok. A gazdaszervezet szénforrásokkal látja el a baktériumokat, ezek pedig a megkötött N jelentős részét átadják a növénynek. A gyökér közelében levő csillós baktériumok megkötődnek a gyökér felületén, feloldják annak sejtfalát, és bejutnak a gyökérszőrökbe. A behatolás után infekciós fonalat alkotva a kéreg belsejébe vándorolnak. A fertőzött szövetet másodlagos szállítószövet veszi körül és a gazdaszervezet cellulózból álló hüvellyel veszi körül a baktériumot. 29. Klimakterikus légzés fogalma: a légzésintenzitás erőteljes, átmeneti fokozódása az öregedés bizonyos szakaszaiban. Az etilénnek nagy szerepe van a ~ maximumának kialakításában, ekkor mennyisége akár több százszorosára is megemelkedhet. 5

6 30. Mivel tudjuk bizonyítani a fluoreszcencia változását a Mougeotia sp. rendszerében: a Ca ion fontos a környezeti változásokra bekövetkező reakciók szabályozásában. Ca kötődés hatására megváltozik a fehérje konformációja, aktív formába kerül és sok szabályozásban fontos enzimet serkent. Kb. 6 kalmodulin szabályozta enzimet azonosítottal a növényekben, pl. foszforilláció regulátorokat, NAD-kinázokat, Ca pumpákat, melyeket a plazmalemmában lokalizáltak. A kalmodulin jelen van a citoszolban, sejtmagban, mitokondriumban, plasztiszban. A kalmodulin és az általa regulált enzimek is már igen kis mennyiségben Ca ion cc változásra aktiválódnak a sejten belül, mivel a kalmodulinak nagy a Ca ion affinitása. Ez a sajátosságuk teszi alkalmassá e rendszereket arra, hogy fitokrom molekulák kis fotokonverzióját felerősítsék, szabályozzanak más funkciókat, hormonális hatásokat is. A fitokrom serkenti a Ca beépülését a sejtbe a Mougeotia páfránynál. A P730 serkenti a Mougentis spórák csírázását. A Ca-ionofórral való kezelés a meg nem világított páfrány spóráknak helyettesítette a P730-at a csírázás indukciójába és helyettesíteni tudta a fotoaktivált fitokromot is a Mougeotia kloroplasztisz rotációjának serkentésében. 31. Mikrotubulusok és a növényi sejtek növekedésének kapcsolata: a növekedés az egyed élete során lejátszódó mennyiségi és minőségi változásokat foglalja magába. A mikrotubulusok átlagosan 24nm átmérőjűek és több m hosszúságú csőszerű képződmények. Fiatal még növekvőben levő sejtek képződő sejtfalának közelében jelennek meg, azzal párhuzamos lefutásban. Szerepük a sejt falának szintézisében, anyagok szállításában, a centriólumok és ostorok felépítésében, a sejtfal vázelemeinek elrendezésében működnek közre. A magorsó húzófonalai is ~-ból épülnek fel a sejtek osztódása során. A kolchin a ~-ok polimerizációját megakadályozza. 32. Jellemezze a citokininek kémiai természetét és a növekedésre kifejtett hatásukat: azokat a vegyületeket tekintjük ~, amelyek megfelelő auxin cc esetén sejtosztódást indukálnak. A ~ adenin származékok. Leggyakoribb a növényekben a zeatin: ennek izopentenil oldallánca egy OH-csoportot tartalmaz és öttagú gyűrűjéhez ribóz vagy ribóz-foszfát, esetleg glükóz kapcsolódhat. Olyan trns-ekben is találunk citokinin aktivitású vegyületeket, amelyek antikodonja adeninnel kezdődik. Hatásai: sejtosztódás szabályozása, sejtmegnyúlás serkentése, tápanyagok mobilizációjának serkentése, gátolja a levelek öregedését, serkenti a rügyek növekedését, az auxin antagonistája, hatására egyes magok csíráznak, virágzást vált ki egyes nem induktív körülmények között is, serkenti a gumók képződését, kloroplasztiszok érését. 33. Az etilén fiziológiai hatásai a növényekben: az etilén hármas reakciója a pillangósokra vonatkozik, lényege, hogy az etiolált csíranövény növekedése gátlódik olyan levegőben, ami etilént tartalmaz és az epikotil kampó nem nyílik ki, de mögötte szárdarab megduzzad. A növény horizontálisan növekszik és elveszti negatív gravitropizmusát. 0,1 l/l etilén cc mellett már bekövetkezik. Az etilén kis molekulájú, gáz halmazállapotú vegyület. A fertőzött növények környezetében levő egészséges gyümölcsök hamarabb érnek, mivel a fertőzött gyümölcs etiléntermelése serkenti a növekedésüket. Fiziológiai hatásai: serkenti az öregedést és leválást, opinasztiát, gyökeresedést indukál, késlelteti a virágzást, serkenti a virágkezdemények képződését, megtöri a rügyek és a magvak nyugalmi állapotát, serkenti a magok csírázását, szexuális jelleget a női ivar felé tolja el, serkenti a gumóképződést, gátolja a hajtások megnyúlásos növekedését. 34. Boysen Jensen kísérlet: megállapították, hogy a növekedést befolyásoló anyag a csúcstól az árnyékos oldalon lefelé halad, mivel a fénnyel ellentétes oldalon végzett 6

7 bemetszések a görbülést megakadályozták. Nem volt görbülés, tehát az anyag az árnyékos oldalon vándorol. Has a megvilágított koleoptil csúcsot zselatinnal visszaragasztották, a görbülés ismét bekövetkezett. A csúcstól valamilyen diffúzibilis anyag vándorol a fénnyel ellentétes oldalon lefelé, és ez az árnyékos oldal fokozott megnyúlását okozza. 35. Melyek azok a hormonok, melyek meghatározzák, hogy a kalluszon gyökér vagy hajtás differenciálódik: ezek a hormonok az indol-ecetsav és a kinetin. A dohánykallusz tenyészetek növekedésükhöz auxint és kinetint igényelnek a táptalajba. A kallusz parenchimaszerű marad, ha a közeg 2.0 mg/l IES-t és 0.2 mg/l kinetint tartalmaz. 3mg/l IES 0.02mg/l kinetinnel a gyökér, míg 1mg/l kinetin és 0.03mg/l IES-val a hajtás differenciálódása serkentődik. Köztes arányok a kalluszszövetek növekedését idézik elő. 36. Mi a szerepe a citokinineknek az As-k transzportjába és kísérleti bizonyítékai: a citokininek főként a gyökerekben szintetizálódnak és onnan eljutnak a levelekbe is. Felelősek az öregedés során végbemenő folyamatok visszafordításáért. Ezt a citokininekkel lokális kezelésen alapuló kísérletekkel igazolták is: ha a levél egyik felét kinetinnel kezelik ez a levélfél zöld marad, a másik fele viszont megsárgul. Azt tapasztalták, hogy az As-k és más szerves anyagok a kezelt helyre vándorolnak. Citokinin hatására As-k fokozott beépülése tapasztalható a fehérjékbe. 37. A nappal hosszúsága hogyan határozza meg a HN-os növények virágzását: Csajlahján kísérleteket végzett Chrysanthmum növénnyel. Ennek felső levelét eltávolította, majd a felső levéltelenített és az alsó leveles szárat külön fotoperiódussal kezelte. Ha az alsó leveles rész RN megvilágítást kapott, a növény virágzott. Ha a felső rész kapott RN megvilágítást ill. az alsó szár HN-es megvilágítást a növény nem virágzott. Tanulság: induktív fotoperiódus hatására a levelekben szintetizálódó anyag a tenyészőcsúcsba transzportálódik és virágzást indukál. Egy másik kísérlet: ha RN korallvirág 14 óra megszakítástalan sötétbe volt virágzott. Ha ezt a periódust 8 óra után 1 percig 660nm-es vörös fénnyel megszakították, nem virágzott. Ha azonban ezt az egyperces vörös fényt 730nm-es sötétvörös megvilágítás követte, a vörös fény gátló hatása megszűnt és a növény virágzott. A 9. órában alkalmazott vörös zavaró fény a sötét periódust követte, akkor a vörös fény már nem gátolta a virágzást. RN növényekben, a sötét periódusban a fitokrom P730-as formában van jelen, ami kb. 9 óra alatt P660-as formává válik. Ezen periódus előtt vörös fénnyel kezelt növényekben a P660-as átalakult P730- as formává. És a hátralevő néhány óra nem elegendő a visszaalakuláshoz. A RN növényekben a fitokromnak át kell alakulnia P660-as formává a virágzáshoz, hogy a virágzási hormon szintetizálódni tudjon a levelekben. Itt a P730-as forma gátolja a virágképződését. A HN növényeknél pedig a P730-as az, ami indukálja a virágzási hormon szintézisét. 38. RiA: a meghatározandó anyag beadásával speciális immunszérumot állítanak elő. Ezt összehozzák radioaktív izotóppal, meghatározzák az immunfehérjéhez spec.-an kötődő ill. szabadon maradó rádióaktivitást. Ha ugyanehhez a rendszerhez hozzáadják a meghatározandó anyagot ismeretlen mennyiségben tartalmazó kivonatot, az utóbbi jelöletlen anyag mennyiségével arányosan kiszorítja kötéséből a jelzett anyagot. Így az immunszérumhoz kötött radioaktivitás csökkenése és annak megfelelően a szabadon maradt radioaktivitás növekedése arányos lesz a meghatározandó anyag mennyiségével. Kalibrációs görbe felvételével kvantitatív analízisre használható. 7

8 39. Az N kötés genetikai szabályozásának lényege a Rhizobium és a Cianobaktérium fajokban: az N kötést a nitrogenáz enzim végzi, aminek a genetikai információját a baktériumok gyűrűs DNS-e, azon is a nif-gén kódolja. Ez két fehérje alegységből áll, a kisebbik ként és vasat, a nagyobbik pedig ezek mellett molibdént is tartalmaz. A Rhizobiumok N megkötését a nitrogenáz enzim végzi és további enzimreakciók során NH 3 -á alakul. Cianobaktériumoknál a N fixációt a heterocysták végzik. Ezek a sejtek a fonal sejtjeinél sokkal nagyobbak, biokémiájuk azokétól eltérő, a heterocysták differenciálódása alatt tönkremegy a PSII-es rendszer. Megmarad azonban a PSI, amelyet a szomszédos sejtekből bejutó szerves anyagok elektronjai aktiválnak fotokémiai úton. Itt nincs vízoxidáció, így a reduktázok szabadon működnek. A szabályozás transzkripció szintjén történik, a nitrát a szabályozó fehérjéhez kötődik, ami a nitrát reduktáz génjének közelében aktiválja a promoter régiót, majd ezt követően megfelelő DNS szakaszon a NR mrns-e szintetizálódik. 40. Malát szerepe a növényi anyagcserében: a növényekben a szacharóz a glikolízisben lebomlik. A PEP karboxilálódik és a keletkező oxálecetsav jelentős része maláttá redukálódik. A malát a vakuólumokba akkumulálódik, esetleg a xilémen kersztül a föld feletti hajtásba szállítódik. Szerepe: bakteroid közvetlen szénforrása, így segíti a N fixálást; a sejtben a kationokat semlegesíti; Krebs ciklusba oxidálódik a mitokondriumban, a keletkező ATP a N fixálás egyik E forrása. 41. Citrátkör: 1. a citoplazmában lévő piroszőlősav dekarboxinálódik. Dekarboxilálása során CO 2 keletkezik és aldehid. 2. az aktivált aldehid a liponsav diszulfid csoportjával reagál, timin pirofoszforsav szabadul fel. 3. egy tiol csoportot tartalmazó koenzim (CoA-SH) köti a vegyületet, és aktivált ecetsav jön létre. A reakció végterméke Co 2, aktivált ecetsav és NADH2. 4. ecetsav + oxálecetsav citromsav, majd akonitáz enzim hatására oxánborostyánkősav, a-keto glutánsavvá alakul és CO 2 szabadul fel. 5. az a- keto glutánsav oxidatív dekarbonációja során felszabadul a másik CO 2, egy NAD redukálódik és borostyánkő- szukcinil-coa, majd borostyánkősav, fumánsav, almasav és oxálecetsav keletkezik. 42. Gibberellin indukált DNS-kötő fehérjék a rizs szemtermésében: Ga receptor GTP-t kötő fehérje komplex szignált generál GA faktor, ami a represszort inaktiválja GA- MYB gén transzkripció, érés fehérjeszintézis a citoplazmában α-amiláz-gén transzkripció, érés α-amiláz-mrns endoplazmatikus retuliulumban fehérjeszintézis Golgi α-amiláz. Az α-amiláz az aleuron rétegből választódik ki, ahol az embrióból jövő hormonális stimulus hatására szintetizálódik. Az a-amiláz de novo szintézise gibb jelenlétében azzal igazolódott, hogy radioaktív As-k és GS jelenlétében az aleuronba jelzett amiláz szintetizálódott. Kísérletileg megállapították, hogy a GS emeli az a-amiláz mrns-einek számát azaleuron rétegben. Bebizonyosodd, hogy csak azok a sejtmagok szintetizálnak amilkázt, amelyeket GS-sel kezelt saejtekből izoláltak, tehát a GS az a- amiláz mrns transzkripcióját segíti. A transzkripció serkentéséhez DNS-hez kötődő proteinek szabályozzák. 43. Ciaonobaktériumok N-kötésénél mi okozza a DNS átrendeződést: a N-kötés genetikai szabályozás alatt áll. Ebben fontos a nif-gén. A kötött N hiánya indukálja a nifoperont. DNS újrarendeződéssel alakul ki a heterocisztákban a gének egy új sorrendje. Plazmid kivágódik ligáz hatására. Plazmid jön létre. 8

9 44. Nukleáris RUN OFF kísérletek: a fitokrom számos morfogenetikai hatása több hoszszúideig tartó változást foglal magában az anyagcserében, amelyeket génexpressziós változásokkal lehet előidézni. A génexpressziónak a fényszabályozásban olyan géneket vizsgáltak, amelyekben kloroplasztisz fehérjék vannak kódolva. Ezek a Rubisco kis alegységét és a LHCP-t kódoló gének voltak. Ez a két fehérje fontos szerepet játszik a kloroplasztisz fejlődési folyamataiban. A gének több kópiában vannak jelen a genombamultigén famíliához tartoznak. Magát a kísérletet Lemna fajokkal végezték. A kísérletek során azt tapasztalták, hogy két multigén famíliához tartozó mrns-ek sokasága lineárisan nő a sötétben nőtt növény megvilágítása után a fény hatására. 1perc megvilágítás elegendő volt a mrns mennyiségének emelkedéséhez és ez a hatás sötétvörös színnel megszüntethető. A fitokróm transzkripciós szinten való hatását izolált sejtmagoknak, in vitro végzett transzkripciós kísérletekkel igazolták. Olyan szövetből izoláltak sejtmagokat, amelyeket különböző fényviszonyok mellett neveltek. Ezeket jelzett ribonukleozid terifoszfátok jelenlétében inkubálták. A jelzett transzkriptumokat hibridizálták az rbes vagy Cab gének cdns kópiát tartalmazó nitrocellulóz szűrőkön. Ez a vizsgálat megmutatta, hogy a fitokróm úgy reagál a vörös fényre. Növeli a rbes és Cab gének transzkripciójának mértékét. 45. Auxinok indukálta mrns szintézis: szója megnyúlási zónájából auxin indukálta mrns-t izoláltak. Ez a csúcs és az állandósult szövetekben is jelen van, de kisebb menyiségben szintetizálódik, mint a megnyúlási zónában. Köv: az auxinok által okozott megnyúlás spec. MRNS-ek szintézisével párosul. Ez a szabályozás a transzkripció szintjén történik. A kísérlet során epikotil zónából 2 aux. Indukálta mrns-t izoláltak ezeket cikloheximiddel kezelték, ami a fehérjeszintézis inhibitora és azt tapasztalták, hogy a cikloheximid helyettesíti az auxinkezelész, azaz auxin nélkül is indukálódik a mrns szintézis, a fehérje gátlása mellett. Erre az a magyarázat, hogy az auxin indukál egy fehérjét, a ciklohexamid azért indukálja az auxin regulált mrns szintézist, mert ez a szabályozó fehérje szintézisét is gátolja. Ha nincs auxin a promoter szakaszához kapcsolódik a szabályozó fehérje- megakadályozza a mrns szintézist kódoló szakasz felnyílását nincs mrns szintézis. Ha van auxin az a szabályozó fehérjéhez kapcsolódik, amely a promoter szakaszhoz kódoló szakasz felnyílik mrns szintézis. 46. Ammónia lehetséges felhasználása a sejtben: a N fixálás primer terméke az ammónia, a primer szerves forma pedig a glutamin. A megkötött N ammónia formájában szállítódik a bakteroidokból és a szerves vegyületek a gazdaszervezet citoplazmájában szintetizálódnak. A glutamin szintetáz enzim kapcsolódása az ammóniához elég nagy, ez igazolja, hogy fontos az ammónia asszimilálásában. A gyökérgümőkből a megkötött N nagyrésze aszpargin formájában szállítódik a növények egyéb szerveibe. 47. Glükoneogenezis: a folyamat a citoplazmában játszódik le. Szacharóz bontását invertáz enzim végzi. A szacharózból és vízből glükóz és fruktóz keletkezik. Ezek monoszacharidok hexózfonatokká alakulnak hexokinázok katalizálta reakciókban. Ekkor glükóz-6-p és fruktóz-6-p keletkezik. 48. Darwin kísérletei: a kanáriköles fényindukálta görbülését tanulmányozta. Egyoldalú megvilágítás hatására létrejövő görbülést egy ismeretlen anyag okozza. Ha a köles koleoptil csúcsát levágta v leárnyékolta, akkor az egyoldalú megvilágítás után a görbülés elmaradt. Ha a csúcs ép és fény éri, a görbülés akkor is bekövetkezik, ha a koleoptil alsó része beárnyékolt. Készítette: Lengyel Zsuzsanna