570 Biowissenschaften; Biologie
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Kaliumionen (K<sup>+) sind die am häufigsten vorkommenden anorganischen Kationen in Pflanzen. Gemessen am Trockengewicht kann ihr Anteil bis zu 10% ausmachen. Kaliumionen übernehmen wichtige Funktionen in verschiedenen Prozessen in der Pflanze. So sind sie z.B. essentiell für das Wachstum und für den Stoffwechsel. Viele wichtige Enzyme arbeiten optimal bei einer K<sup>+ Konzentration im Bereich von 100 mM. Aus diesem Grund halten Pflanzenzellen in ihren Kompartimenten, die am Stoffwechsel beteiligt sind, eine kontrollierte Kaliumkonzentration von etwa 100 mM aufrecht. Die Aufnahme von Kaliumionen aus dem Erdreich und deren Transport innerhalb der Pflanze und innerhalb einer Pflanzenzelle wird durch verschiedene Kaliumtransportproteine ermöglicht. Die Aufrechterhaltung einer stabilen K<sup>+ Konzentration ist jedoch nur möglich, wenn die Aktivität dieser Transportproteine einer strikten Kontrolle unterliegt. Die Prozesse, die die Transportproteine regulieren, sind bis heute nur ansatzweise verstanden. Detailliertere Kenntnisse auf diesem Gebiet sind aber von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Integration der Transportproteine in das komplexe System des pflanzlichen Organismus. In dieser Habilitationsschrift werden eigene Publikationen zusammenfassend dargestellt, in denen die Untersuchungen verschiedener Regulationsmechanismen pflanzlicher Kaliumkanäle beschrieben werden. Diese Untersuchungen umfassen ein Spektrum aus verschiedenen proteinbiochemischen, biophysikalischen und pflanzenphysiologischen Analysen. Um die Regulationsmechanismen grundlegend zu verstehen, werden zum einen ihre strukturellen und molekularen Besonderheiten untersucht. Zum anderen werden die biophysikalischen und reaktionskinetischen Zusammenhänge der Regulationsmechanismen analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse erlauben eine neue, detailliertere Interpretation der physiologischen Rolle der Kaliumtransportproteine in der Pflanze.
The potassium channel AKT2 plays important roles in phloem loading and unloading. It can operate as inward-rectifying channel that allows H+-ATPase-energized K+ uptake. Moreover, through reversible post-translational modifications it can also function as an open, K+-selective channel, which taps a ‘potassium battery’, providing additional energy for transmembrane transport processes. Knowledge about proteins involved in the regulation of the operational mode of AKT2 is very limited. Here, we employed a large-scale yeast two-hybrid screen in combination with fluorescence tagging and null-allele mutant phenotype analysis and identified the plasma membrane localized receptor-like kinase MRH1/MDIS2 (AT4G18640) as interaction partner of AKT2. The phenotype of the mrh1-1 knockout plant mirrors that of akt2 knockout plants in energy limiting conditions. Electrophysiological analyses showed that MRH1/MDIS2 failed to exert any functional regulation on AKT2. Using structural protein modeling approaches, we instead gathered evidence that the putative kinase domain of MRH1/MDIS2 lacks essential sites that are indispensable for a functional kinase suggesting that MRH1/MDIS2 is a pseudokinase. We propose that MRH1/MDIS2 and AKT2 are likely parts of a bigger protein complex. MRH1 might help to recruit other, so far unknown partners, which post-translationally regulate AKT2. Additionally, MRH1 might be involved in the recognition of chemical signals.