NAMEN IN POVOD DELA - MEHANIZMI SPREJEMA ORGANSKIH OBLIK DUŠIKA V RASTLINE

1 UVOD

Dušik (N) je esencialni element v prehrani rastlin. Uvrščamo ga med makrohranila, saj ga za normalno rast in razvoj rastlina potrebuje v večjih količinah. V rastlini sodeluje v različnih presnovnih procesih in ima raznovrstne funkcije. Je gradnik aminokislin, proteinov (npr.

encimov, transportnih, strukturnih in receptorskih beljakovin), barvil (npr. klorofil), nukleinskih kislin itd. (Vodnik, 2012). Rastlina dušik povečini prejema iz tal, kjer se nahaja v organski (aminokisline, proteini, urea) in anorganski obliki (nitrat - NO3-, nitrit - NO2-, amonij - NH4+, amonijak - NH3) (Muratore in sod., 2021). Nitrat in amonij sta za rastlino najlažje dostopna, vendar je zmožna tudi privzema preprostih organskih oblik dušika, kot so npr.

aminokisline. Znanih je več različnih transportnih proteinov, ki opravljajo funkcijo sprejema in nadaljnjega transporta po rastlini (Rentsch in sod., 2007).

1.1 NAMEN IN POVOD DELA

Prehrana rastlin z dušikom večinoma poteka s sprejemom nitratnega ali amonijevega iona iz tal. Pri tem imajo pomembno vlogo membranski transportni proteini, katerih delovanje je zelo dobro poznano. Nekatere rastline so sposobne s pomočjo N-fiksirajočih bakterij asimilirati molekularni dušik iz zraka. Tudi simbiotska fiksacija dušika je izjemno dobro proučena. V zadnjih letih je vse več raziskav tudi o sprejemu organskih oblik dušika (Norg) iz tal. Rastline so namreč sposobne preko korenin privzeti predvsem aminokisline, ter tudi peptide in proteine. Poznanih je več membranskih transportnih proteinov, ki sodelujejo v tovrstnih procesih v koreninskih celicah.

V diplomski nalogi bom povzela zadnja dognanja na področju pomena aminokislin v mineralni prehrani rastlin. Podrobno bom predstavila mehanizme sprejema in transport Norg. 2 KROGOTOK DUŠIKA

V Zemljinem ozračju velik delež plinov, ca. 78 %; predstavlja molekularni dušik. V biosferi se dušik v različnih organskih in anorganskih oblikah pojavlja v živi in odmrli biomasi , npr. v organizmih, v tleh. Globalni cikel dušika je precej kompleksen in zajema naslednje poti oziroma pretvorbe (Zhang in sod., 2020; Slika 1):

▪ specializirani prokarionti reducirajo N2 do amonijaka (NH3), kar imenujemo biološka fiksacija dušika (Slika 1 - [1]);

▪ dušik se mora po vstopu v organizem, rastlino vgraditi oziroma asimilirati v organske molekule, proces zajema asimilacijo amonija in asimilacijo nitrata (podrobneje opisano v poglavju 3) (Slika 1 - [2]);

▪ pretvorbo organskega dušika v anorgansko (mineralno) obliko dušika oz. amonija imenujemo mineralizacija ali amonifikacija (Slika 1 - [3]);

▪ bakterije rodu Nitrosomonas oksidirajo amonij do nitrita in nato sledi še oksidacija nitrita do nitrata, ki jo opravljajo bakterije rodu Nitrobacter, proces imenujemo nitrifikacija (Slika 1 - [4-6]);

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

▪ pri disimilatorni redukciji nitrata do amonija, ima nitrat vlogo akceptorja elektronov pri anaerobni respiraciji kemoavtotrofov (Slika 1 - [7, 15]);

▪ fakultativne aerobne, heterotrofne bakterije uporabijo nitrat kot akceptor elektronov na koncu dihalne verige. Proces imenujemo denitrifikacija, pri tem se nitrat pretvori nazaj do N2. V primerjavi z disimilatorno redukcijo, kjer se fiksiran N reciklira se pri denitrifikaciji fiksiran N odstrani iz ekosistema (Slika 1 - [7-11]);

▪ anamoksne bakterije opravljajo proces anaerobne oksidacije amonija ali anamoks, kjer prav tako pride do izgube fiksiranega N pri nizkih koncentracijah O2. So avtotrofi, (pripadajo deblu Planctomycetes) oksidirajo NH4+, pri tem NO2- služi kot akceptor elektronov in kot končni produkt nastaja N2 (Zhang in sod., 2020) (Slika 1 - [12-14]).

Slika 1: reakcije globalnega cikla dušika (prirejeno po Zhang in sod., 2020)

3 ASIMILACIJA DUŠIKA V RASTLINAH

Proces asimilacije dušika v rastlinah vključuje sprejem dušika (opisan v poglavju 4) in vgradnjo v organske molekule (pigmenti, encimi, nukleinske kisline, aminokisline, …). Pri slednji gre za serijo kompleksnih biokemijskih reakcij, ki so med najbolj energijsko potratnimi pri živečih organizmih (Taiz in sod., 2015).

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

3 3.1 ANORGANSKE OBLIKE

3.1.1 Asimilacija amonija

Sprejem amonija v rastlino poteka pasivno, podrobneje je opisan v nadaljevanju (poglavje 4.2). Amonij je za rastlinsko celico toksičen, zato je njegova asimilacija pod strogim nadzorom. Pri vgradnji amonijevega iona sodelujeta dva encima: glutamin sintaza in glutamat sintaza. V prvem koraku asimilacije encim glutamin sintaza veže amonijev ion na aminokislino glutamat, nastane glutamin. Sledi prenos aminoskupine iz glutamina na 2-oksoglutarat s pomočjo encima glutamat sintaza, pri tem nastaneta dve molekuli glutamata.

Aktivnost encima glutamat sintaza stimulira povečana koncentracija glutamina v plastidih. Ob nastanku glutamata oz. glutamina, se lahko aminokislina prenaša na 2-keto kisline, tako nastajajo nove aminokisline. Reakcije prenosa amino skupine katalizirajo encimi aminotransferaze (Vodnik, 2012).

3.1.2 Asimilacija nitrata

Nitrat je v dobro prezračenih tleh zmerne klime prevladujoča oblika dušika. Je dobro mobilen v tleh. Sprejem nitrata v rastlino poteka z aktivnim transportom (glej poglavje 4.1!). V rastlini se z redukcijo pretvarja do amonijevega iona. Pretvorba je energetsko zahtevna, saj celica porabi 12 molekul ATP za pretvorbo 1 NO3-. Najprej se v citosolu nitrat pretvori do nitrita, pri tem sodeluje encim nitrat reduktaza. Aktivnost encima je izrazitejša podnevi, saj je redukcija energetsko potratna in odvisna od fotosinteze, ki jo podpira s sintezo ATP ter reducentov (NADPH). V temi oz. ponoči reakcija redukcije ne poteka. Po nastanku nitrita se ta hitro transportira v plastid, saj je zelo reaktiven in toksičen za celico. V plastidih poteče še druga stopnja redukcije, in sicer nitrit se pretvori v amonij. Reakcijo katalizira encim nitrit reduktaza. Nastali amonijev ion celica takoj vgradi v organske molekule (Vodnik, 2012).

3.2 SIMBIOTSKA FIKSACIJA ZRAČNEGA DUŠIKA

Nekateri prokarionti imajo možnost izkoriščanja zračnega dušika. Prostoživeči živijo prosto v tleh, rizosferni se nahajajo v neposredni bližini korenin, simbiotski fiksatorji dušika pa v posebnih strukturah, ki jih na koreninah oblikuje gostiteljska rastlina ob sodelovanju fiksatorja. Dušik fiksirajoče bakterije iz rodov Bradyrhizobium, Rhizobium, Sinorhizobium in sorodnih, naselijo strukture imenovane koreninski gomoljčki oz. koreninski noduli.

Prokarionti so v celicah nodula obdani s peribakterioidno membrano, ki nastane kot derivat gostiteljeve plazmaleme. Nodul zagotavlja primerno okolje, v katerem je lahko aktiven encim nitrogenaza. Ta katalizira redukcijo zračnega dušika. Encimski kompleks nitrogenazo, sestavljata Fe-protein in MoFe-protein. Nitrogenaza je občutljiva na kisik. Nodul s svojo debelo, suberinizirano steno vzdržuje majhen parcialni tlak kisika, omejuje vstop plinov, intenzivno dihanje in omogoča vezavo kisika na leghemoglobin. Leghemoglobin je protein, del hem tvori bakterija, globin pa se sintetizira v gostitelju. Za reakcijo redukcije zračnega dušika je potreben velik vložek energije (Vodnik, 2012).

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

4 3.3 ORGANSKE OBLIKE

Tla so bogata z organskimi molekulami, tudi aminokislinami. Presnova aminokislin je tesno povezana s presnovo ogljikovih hidratov in odločilna pri sintezi proteinov ter sekundarnem metabolizmu. Substrati za sintezo aminokislin so intermediati glikolize, cikla citronske kisline in pentoza fosfatne poti. Presnovki od razgradnje aminokislin se v ciklu citronske kisline oz.

Krebsovem ciklu porabijo kot vir energije. Sinteza glutamina (Gln) je edina reakcija, ki omogoča asimilacijo anorganskega dušika v organske molekule. Glavna prekurzorja vseh dušikovih spojin sta Gln ali glutamat (Glu). Kot pri živalih in mikrobih imajo pri rastlinah aminokisline ključno vlogo kot spojine za sintezo različnih sekundarnih metabolitov. Ti so izjemno raznoliki in opravljajo pomembne funkcije, kot so signalizacija (npr. hormoni), vzpostavljanje strukture (npr. lignin), obramba (npr. glukozinolati, nikotin), interakcija z drugimi organizmi in zaščita (npr. pigmenti). Aminokisline so tudi nosilci asimiliranega dušika po floemu in ksilemu med različnimi organi. Imajo ključno vlogo tudi med okužbo s patogenom, saj so nepogrešljiv vir dušika za številne biotrofne patogene in kot prekurzorji obrambnih spojin (Pratelli in Pilot, 2014).

4 OSNOVNE MEMBRANSKEGA TRANSPORTA DUŠIKA

Za privzem dušika v celice korenin in listov je potreben prehod skozi celično membrano oz.

plazmalemo. Majhne, nenabite molekule lahko skozi prehajajo z difuzijo, za transport ionov, večjih polarnih molekul so potrebni transportni proteini. Ločimo tri različne transportne membranske proteine: kanalčki, prenašalci in črpalke. Kanalčki so transmembranski proteini, imajo funkcijo selektivnih por skozi katere z difuzijo (transport je pasiven!) prehajajo ioni in tudi nekatere nevtralne molekule. Kanalček ima vrata, ki se odpirajo oz. zapirajo kot odgovor na določen signal (sprememba membranskega potenciala, vezava hormona, svetloba, …).

Prenašalci so odgovorni za transport specifičnih organskih ali anorganskih ionov. Ion ali molekula se veže na protein na eni strani membrane, vezava povzroči konformacijsko spremembo po kateri se ion ali molekula sprosti na drugo stran membrane. Prenašalci omogočajo pasivni in sekundarni aktivni transport (Taiz in sod., 2015).

Aktivni transport je transport snovi v smeri proti elektrokemijskemu potencialu (pri tem sta odločilnega pomena koncentracija in naboj, ki določata smer transporta), zato je potrebna energija. Črpalke opravljajo primarni aktivni transport, pri katerem je vir energije hidroliza ATP. Transportirajo vodikove ione (H⁺) preko membrane, zato jih imenujemo tudi protonske črpalke. Prisotne so v plazmalemi (plazmalemska H⁺-ATPaza), kot tudi v membrani vakuole (V-ATPaza, H⁺-pirofosfataza). Tudi v tonoplastu najdemo črpalke, imenovane ABC-transporterji (Taiz in sod., 2015).

Sekundarni aktivni transport je transport snovi proti njenemu elektrokemijskemu gradientu, pri katerem je vir energije protonska gonilna sila, ki jo ustvarijo protonske črpalke. Poznamo dva tipa sekundarnega aktivnega transporta: simport in antiport. Pri simportu (sodelujejo proteini imenovani simporterji) se vodikovi ioni in snov premeščajo v isti smeri, medtem ko se pri antiportu v nasprotni smeri (proteine imenujemo antiporterji) (Taiz in sod., 2015).

Pri transportu s prenašalci lahko hitrost transporta opišemo na podoben način kot pri hitrosti encimskih reakcij, t. j. z Michaelis-Menten-ovo kinetiko. Pri tem ocenimo učinek

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

koncentracije zunanjih ionov na hitrost transporta. Maksimalna hitrost transporta (Vmax) je dosežena, ko je mesto vezave transportiranega iona vedno zasedeno oz. ko je pretok skozi kanalček maksimalen. Km (Michaelis-Menten-ova konstanta), je tista koncentracija transportirane snovi, pri kateri je dosežena polovična maksimalna hitrost transporta, z njo pa opišemo afiniteto transporterja.. Nizka Km pomeni, da je polovična Vmax dosežena pri manjši koncentraciji snovi, kar odraža visoko afiniteto vezavnega mesta prenašalca za transportirano molekulo. Visoka Km pomeni nižjo afiniteto vezavnega mesto do transportirane snovi (Taiz in sod., 2015).

4.1 TRANSPORT NITRATA

Pri sprejemu nitrata (NO3-) gre za sekundarni aktivni transport, za simport NO3- in vodikovih ionov (H⁺). Protonska črpalka s prečrpavanjem H⁺ ionov iz celice ustvari protonsko gonilno silo, pri tem porablja energijo v obliki ATP. S tem omogoča prenos NO3- v celico, proti elektrokemijskem gradientu nitrata. Ta transport vrši simportni prenašalni protein NRT.

Slika 2: Transport nitrata skozi membrano (Vodnik, 2012)

Za privzem nitrata sta znana dva sistema, ki delujeta z različno afiniteto. LATS (low-affinity transport systems), deluje pri visokih koncentracijah (>1 mM) in HATS (high-affinity transport systems), pa pri zelo majhnih koncentracijah. Km je pri HATS nižja kot pri LATS.

Oba sistema se dopolnjujeta in rastlini omogočata optimizacijo sprejema nitrata ob spremenljivih koncentracijah tega iona v tleh (Kraiser in sod., 2011).

Znani sta dve družini transporterjev NRT1 in NRT2. NRT2 družina kodira transporterje z visoko afiniteto do nitrata. Medtem, ko NRT1 kodira nizko afinitetne nitratne transporterje, z izjemo NRT1.1 (znan tudi kot CHL1), ki sodeluje tako pri nizko kot tudi visoko afinitetnem privzemu nitrata (Kraiser in sod., 2011).

Najbolj podrobno sta raziskana nitratna transporterja Arabidopsis NRT1.1 in NRT2.1. Do indukcije transkripcije genov za NRT2.1 pride ob nizki razpoložljivosti N ali ob njegovem

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

pomankanju, do represije pa ob večji razpoložljivosti N, ki vključuje tudi transporter NRT1.1 (Kraiser in sod., 2010). Transporter NRT1.1 ima dvojno afinitetno funkcijo. Aktivacija NRT1.1 je regulirana preko fosforilacije Thr101 (treoninski ostanek). Fosforiliran NRT1.1 deluje kot visoko afinitetni in defosforiliran NRT1.1 kot nizko afinitetni transporter nitrata (Sun in Zheng, 2015).

NRT niso omejeni le na koreninske celice, kjer sodelujejo pri sprejemu nitrata, najdemo jih tudi v drugih delih rastline, kjer potekajo premiki tega iona skozi membrane (Wang in sod., 2014) (Slika 3).

Slika 3: Sprejem, transport in asimilacija nitrata (prirejeno po Wang in sod., 2014)

Po sprejemu nitrata v koreninske celice, se ta lahko radialno premika in prerazporedi v različna tkiva. Vstopa v ksilem, po katerem se transportira v nadzemne dele. V navadnem repnjakovcu je AtNRT1.5 (prenašalec družine NRT1) odgovoren za transport na dolge razdalje od korenin pa vse do poganjkov. AtNRT1.8 (prav tako NRT1) je lociran v plazmalemi, pogost je predvsem v parenhimskih ksilemskih celicah korenin in poganjkov.

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

Uravnava nizko afinitetni sprejem nitrata in opravlja vlogo transporta nitrata izven ksilemskih žil. Raziskava transporterja NRT1.9 pri A. thaliana nakazuje na pomembno funkcijo pri floemskem transportu NO3-. NRT1.7 opravlja nalogo nalaganja NO3- v floem, za remobilizacijo iz starejših listov v tkiva, ki potrebujejo N. Transporter NRT 1.4 uravnava homeostazo NO3- v listih. Nizko afinitetni NRT1.6 pa sodeluje pri prenosu NO3- iz izvornega tkiva v novo razvijajoč se zarodek oz. seme. Transporter NRT2.7 ima posebno vlogo pri kopičenju NO3-, sodeluje pri nalaganju NO3- v vakuolo (Wang in sod., 2014).

4.2 TRANSPORT AMONIJA

Rastlina sprejme amonij (NH4+) s pasivnim transportom. Ker je celica napram zunanjosti negativno nabita (membranski potencial) gradient elektro-kemičnega potenciala omogoča vstop amonija brez vložka energije.

Slika 4: Transport amonija (Vodnik, 2012)

Transport amonija je uniport. Prenašalne proteine, ki ga vršijo označujemo z AMT (amonium transporter). Za sprejem amonija je odločilna družina AMT/MEP/Rh membranskih proteinov, prisotni so tako pri rastlinah kot tudi mikroorganizmih in živalih. Pri rastlinah so za transport amonija odgovorni transporterji družine AMT1. Poleg opisanega mehanizma uniporta amonijevega kationa je možen tudi transport ne-ionske oblike, deleža katere je odvisen od pH.

Znani tudi kot NH3/H⁺ ko-transporterji. Veliko koncentracija N v tleh deluje na sprejem amonija zavirajoče, medtem ko ga majhna spodbuja (Kraiser in sod., 2011).

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

Slika 5: Sprejem in transport amonija (prirejeno po Wang in sod., 2014)

Visoko afinitetni amonijevi transporterji (AMTs) in nizko afinitetni sistemi za sprejem (akvaporini, kationski kanali) kontrolirajo transport amonija in homeostazo rastlin. Pri navadnem repnjakovcu A. thalina so identificirali šest pripadnikov poddružin AMT1 in AMT2. Transporterji AtAMT1.1, AtAMT1.2, AtAMT1.3 in AtAMT1.5 so vključeni v koreninski privzem NH4+. AMT 1.1, AMT1.3 in AMT1.5 so odgovorni za simplastni transport NH4+. Poleg tega pa lahko NH4+ preko apoplastnega transporta s pomočjo AMT1.2 vstopi v simplast (Wang in sod., 2014).

4.3 TRANSPORT ORGANSKIH MOLEKUL

Organske spojine dušika kot so aminokisline, urea, proteini, v tleh prav tako prispevajo k mineralni prehrani rastlin. Aminokisline zastopajo največji del organskega N v tleh. Opisanih je več različnih transporterjev aminokislin. Pri modelni rastlini Arabidopsis je raziskanih in opisanih kar nekaj različnih aminokislinskih transporterjev (Kraiser in sod., 2011), njihov pregled in opis delovanja podajamo v podpoglavju 5.2.1.

5 MEHANIZMI SPREJEMA ORGANSKEGA DUŠIKA IZ TAL V RASTLINE IN NJEGOVEGA PREMEŠČANJA V RASTLINI

Rastline so razvile kompleksne mehanizme za sprejem, asimilacijo in razporeditev dušika (glej sliko 6!). Biološke membrane zagotavljajo naravne pregrade za sprejem in premik različnih oblik N po rastlini. Ta transport omogočajo transportni proteini. Identifikacija transportnih sistemov, ki so odgovorni za tok N metabolitov med celičnimi organeli, tkivi,

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

organi in čez celotno rastlino je nujna za razumevanje transporta in razporeditve dušika (Rentsch in sod., 2007).

Slika 6: Shema sprejema in transporta dušika po rastlini (prirejeno po Tegeder in Masclaux-Daubresse, 2018).

Posamezna poglavja, katerim pripada določen del slike, so označena z rdečo barvo.

5.1 SPREJEM IN TRANSPORT Norg

Večina doslej opisanih aminokislinskih transporterjev je lokalizirana na celični membrani. So simporterji protonov in aminokislin. Ti sekundarni aktivni prenašalci z razliko v elektrokemičnem gradientu protonov privzemajo aminokisline. Gradient protonov vzdržuje ATP-aza s prečrpavanjem protonov (Ortiz-Lopez in sod., 2000).

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

10 5.1.1 Sprejem Norg v korenine

Rastline so zmožne privzema aminokislin (AA; Slika 6), peptidov, uree in nekaterih ureidov (Ur; Slika 6). Za sprejem organskih molekul N v koreninske celice in nadaljnji transport po rastlini so potrebni transporterji, navedeni in opisani v poglavju 5.2.

5.1.2 Premeščanje Norg v/iz ksilem(-a)

Po ksilemu poteka tok nitrata, N asimilatov, drugih hranil in vode od korenin proti porabnikom. Tok omogoča transpiracija, ki povzroči gradient hidrostatičnega tlaka. Odvisno od mesta asimilacije N (nodul, korenine, listi) se ureidi, aminokisline ali nitrat prenašajo po ksilemu do poganjka. Koncentracija posameznih aminokislin se lahko razlikuje glede na rastlinsko vrsto in okolje. Po navadi prevladujejo aspartat, glutamat, asparagin in glutamin.

Polnjenje ksilema splošno poteka (apoplastno) s pasivnim transportom. Čeprav še ni dokazano, naj bi UmamiT transporterji, kot sta UmamiT14 in UmamiT18 sodelovali pri polnjenju ksilema (Tegeder in Masclaux-Daubresse, 2018).

5.1.3 Premeščanje Norg iz koreninskih gomoljčkov (nodulov)

V koreninskih gomoljčkih stročnic, kot so soja (Glycine max), grah (Pisum sativum) in lucerna (Medicago sativa) se aminokisline porabijo za proizvodnjo ureidov. Nastale aminokisline ali ureidi so glavne oblike prenosa N na dolge razdalje od vira (korenine, gomolji, zreli listi) do ponora, ki potrebujejo organski N za rast in razvoj. V nodulih se torej iz glutamina proizvajata alantoin in alantionska kislina. Ti ureidi se iz nodulov transportirajo v ksilem in potujejo v poganjke. Nedavne študije na soji so pokazale, da je za sprejem alantiona in alantionske kisline potrebno delovanje ureidnih permeaz (UPS1 in UPS2) (Tegeder in Masclaux-Daubresse, 2018).

5.1.4 Premeščanje Norg v/iz floem(-a)

Floemski tok poteka od vira k ponoru, npr. od fotosintetsko aktivnih listov do porabnikov. N iz ksilema se neposredno prenese v floem, za namen oskrbe hitro rastočih ponorov.

Arabidopsis AAP2 se izraža v floemu po vsej rastlini in je skupaj z AAP6 bistvenega pomena za prenos aminokislin iz ksilema v floem. Transporterji ureidov, odgovorni za polnenje ksilema še niso identificirani (Tegeder in Masclaux-Daubresse, 2018).

5.1.5 Transporterji Norg v listu

Informacij o transporterjih, ki sodelujejo pri razkladanju N iz ksilema in privzemu v mezofil lista je zelo malo. V mezofilnih celicah se nitrat in amonij pretvorita do aminokislin ali se shranita v vakuoli. Poleg funkcije v koreninah je LHT1 vključen pri privzemu aminokislin v celice listov. UPS1 transporterji najverjetneje sodelujejo pri premiku ureidov v celice lista.

Privzeti ureidi in aminokisline se lahko prenesejo v skladiščne bazene v citosolu ali vakuoli, lahko se porabijo za izdelavo beljakovin potrebnih za metabolizem, ali pa se po floemu prerazporedijo do ponorov. Pri Arabidposis so bili identificirani nekateri tonoplastni transporterji, CAT2, CAT4 in CAT8. Študije transporterja CAT9 pri paradižniku so pokazale, da ta sodeluje pri izmenjavi GABA kisline za glutamin/aspartat. AVT3a, ki je soroden

Štangl L. Mehanizmi sprejema organskih oblik dušika v rastline.

Dipl. delo (UN). Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 2021

prenašalcu aromatskih in nevtralnih aminokislin (ANT1), je vključen v izvoz alanina in prolina iz vakuole (Tegeder in Masclaux-Daubresse, 2018).

Kloroplasti (tudi citosol) so mesta de novo biosinteze številnih proteinogenih aminokislin.

Membranski proteini so bistveni za premik čez plastidno ovojnico do floema. Do zdaj sta bila odkrita le dva kloroplastna transporterja aminokislin, in sicer Arabidopsis dikarboksilatni prenašalec (DiT2) in Petunia hybrida kationski aminokislinski prenašalec (PhpCAT) (Tegeder in Masclaux-Daubresse, 2018).

Koncentracija prostih aminokislin močno niha v listih, zlasti med razvojem ali kot odgovor na abiotski/biotski stres. S staranjem listov se koncentracija skupnih aminokislin v listnih režah enakomerno zmanjšuje, medtem ko se v floemskem soku povečuje. Poleg tega se spekter aminokislin spreminja s starostjo rastline in prehrano z N. Med okrevanjem po stresu se lahko predhodno shranjene aminokisline porabijo za presnovo ali se transportirajo do ponorov.

Prisotnost aminokislin shranjenih v listih, se prav tako spreminja glede na rastlinsko vrsto.

Glavni bazeni so najverjetneje glutamat, aspartat, glutamin in prolin ali asparagin pri stročnicah, koruzi in rižu (Tegeder in Masclaux-Daubresse, 2018).

Ureidi predstavljajo glavno obliko shranjevanja N v tropskih stročnicah. Prisotni so tudi pri rastlinskih vrstah, ki niso stročnice. Povečana koncentracija ureidov/alantoina sproži splošni odziv na abiotski in biotski stres (Tegeder in Masclaux-Daubresse, 2018).

5.2 TRANSPORTERJI ORGANSKIH MOLEKUL 5.2.1 Aminokisline

Večina začetnih študij o transportu organskih oblik dušika je izvedena z uporabo Arabidopsis thaliana. Kasneje so odkrili homologne transporterje tudi pri drugih, kot so paradižnik, krompir, bob, kloščevec, grah, ječmen in riž (Rentsch in sod., 2007). V rastlinah so odkrili več tipov aminokislinskih transporterjev, ki jih razvrščamo v družine.

5.2.1.1 Super družina ATF transporterjev

Družina ATF (družina aminokislinskih transporterjev) transporterjev z drugo besedo družina AAAP (aminokislinka/avksinska permeaza) je bila prva opisana pri rastlinah. Znotraj poznamo 6 poddružin:

a) AAP (aminokislinske permeaze) vključuje 8 transporterjev. Transportirajo aminokisline in glutamat. AtAAP6 je znan kot visoko afinitetni, medtem ko so ostalo znotraj družine AAP srednje ali nizko afinitetni za prepoznavo substrata.

In document MEHANIZMI SPREJEMA ORGANSKIH OBLIK DUŠIKA V RASTLINE (Strani 8-0)