Licht-Perzeption Flashcards
Skotomorphogenese
Entwicklung im Dunkeln (bleicher, langgestreckter Spross und nicht-entwickelte Blätter)
Photomorphogenese
Entwicklung im Licht (gestauchte Sprossachse, und grüne, voll entwickelte Blätter)
Wo absorbiert Phytochrom?
im roten Spektralbereich
Wo absorbiert Cryptochrom?
im blauen Spektralbereich
Phytochrome
Chromoproteine, die im blauen, hellroten und dunkelroten charakteristische Absorptionsmaxima zeigen: P red (unter 700 nm) und P far red (730 nm) (nur far red kann physiologische Reaktionen auslösen)
Wie wirkt das Pfr-Phytochrom? welche konvergierenden Signalwege werden nachgeschaltet?
intrazellulärer Lichtrezeptor (Cytosol) zu G-Protein, dann konvergierende Signalwege:
- Ca/Calmodulin-Weg: aktiviert Gene zur Anthocyan-Biosynthese (Schutzpigmente)
- cGMP-Weg: aktiviert Gene zur Chloroplastenentwicklung
Wieso ist Phytochrom ein reversibler Photorezeptor im Cytosol / Wie erfolgt die Umwandlung von Pr zu Pfr?
weißes/hellrotes Licht macht Pr zu Pfr, dunkelrotes Licht (im Dunkeln) sorgt für langsame Konversion (Rückumwandlung) - dann kann kein Pfr in den Nukleus wandern
Licht bedingt eine cis/trans-Isomerisierung (Änderung der Konformation) im Chromophor (offenkettiges Tetrapyrrol)
nach Belichtung wandern Phytochrome in den Zellkern (wurde durch GFP-Fusionen gezeigt)
Wie sind offenkettige Tetrapyrrole mit ihren Träger-Proteinen verbunden (bei Phytochrom-Chromophoren und Phycobilinen)?
Thioether-Brücken kovalent via Cystein-Reste
Worauf verweist die starke Homologie von Phytochromen zu Phycobilinen (Chromophore in den Lichtsammelkomplexen der Cyanobakterien)? Wo liegt ein Unterschied?
gemeinsame Abstammung der Proteine, Phycobiline dienen nur der Lichtsammlung, nicht der Wahrnehmung, keine cis/trans-Isomerisierung
Was ist besonders bei der Biosynthese von Phytochromen?
Beteiligung von sowohl Kern- wie Plastiden-Genom
Wo werden Phytochrome abgebaut?
in 26S-Proteasomen nach aktiver Ubiquitinierung im Cytosol
Fließgleichgewicht (steady state) bei Phytochromen
im Licht stellt sich eine bestimmte Phytochrom-Konzentration aus Neusynthese, Umwandlung und Abbau ein
Wann ist die Phytochromumwandlung irreversibel?
wenn sehr lange sehr intensive Lichtflüsse sind
very low fluence response (VLFR)
weniger als 1 mikroEinstein
low fluence response (LFR)
1-100 mikroEinstein Red
high intensity response (FR-HIR)
mehr als 100 mikroEinstein Far Red
Wie werden Lichtflüssen gemessen?
Lichtquanten, die sie auslösen (mikroMol pro m^2 pro s = mikroEinstein)
Welche Entwicklungsprozesse sind Phytochom-gesteuert?
- Photoreversibilität (Samenkeimung)
- Messen der Lichtstärke (Lichthemmung des Streckungswachstums)
- Messen der Licht/Dunkel-Periode (Blühinduktion)
- Messen der Beschattung durch höher liegende Blätter (Schattenvermeidung)
Erkläre die Reversibilität der Photomorphogenese bei der Samenkeimung!
- Samenkeimung bei manchen schon durch sehr schwaches Licht (VLFR), oft im Minuten-Bereich reversibel
- endet Bestrahlung mit hellrot: Keimung, endet sie mit dunkelrot: keine Keimung (Qualität des zuletzt eingestrahlten Lichts entscheidend)
Erkläre das Reziprozitätsgesetz der Photomorphogenese
- Photoreversible Effekte können bereits von VLFR/LFR-Licht ausgelöst werden
- je nach Intensität ist die notwendige Bestrahlungsdauer kürzer/länger (reziproke Beziehung zwischen Quanten-Flussrate und Dauer der Bestrahlung)
Erkläre die Escape time bei Reziprozitätsgesetz der Photomorphogenese
- ab einem kritischen Zeitpunkt werden Prozesse irreversibel
- sie “entkommen” der Photoreversion (wenn far red nicht nur im Cytosol ist, sondern in den Zellkern wandert)
Wir beeinflusst Licht das Streckungswachstum?
Licht hemmt das Streckungswachstum (Hypokotyl-Stauchung statt -Streckung): FR-HIR-Effekt, nicht photoreversibel, neben Phytochromen sind auch Cryptochrome beteiligt (vormittags mehr Blaulichtanteil)
Kurztagpflanze
blüht, sobald eine kritische Dunkelperiode überschritten wird
Langtagpflanze
blüht, wenn die Nacht kürzer als die kritische Dunkelperiode ist
Wie hat man herausgefunden, dass Pflanzen die Länge der Dunkelperiode messen (bei der photoperiodischen Blühkontrolle)? erkläre an diesem Beispiel den photo-reversiblen Effekt
durch Störlichtversuche, die Qualität des letzten Lichtpulses ist entscheidend für die physiologische Antwort (als letztes DR: kein Einfluss, als letztes HR: Nacht wird nicht mehr als lang wahrgenommen)
Zusammenhang zwischen Phytochom und Schattenvermeidung
-bei Beschattung durch darüber liegende Blätter kommt fast nur noch dunkelrotes Licht an: Pfr wird zu Pr umgewandelt, PHY B Antwort: Streckung von Zellen in Wachstumszonen (Stiel, Auxin!)
Charles Darwins Kalium-Dichromat-Versuch
Herausfiltern des Blaulicht-Anteils verhinderte die heliotrope Bewegung von Sonnenblummen
charakteristische 400-500nm-Antworten (Blaulicht)
Phototropismus, Anthocyan- und Carotiniod-Biosynthese, Biologische Uhr
Zu welchen DNA-Reparaturenzymen in Bakterien zeigen Cryptochrome (CRY) Ähnlichkeit? Worin besteht diese Ähnlichkeit, wo ist der Unterschied?
zu Photolyasen, die lichtabhängig Thymin-Dimere in UV-geschädigter DNA spalten (Redox-Reaktion als Lichtantwort)
Proteinrückgrat mit zwei Chromophoren, C-terminale Erweiterungen
Wie sind Cryptochrome aufgebaut?
MTHF (Pterine) wirken als Lichtsammler, dann Elektronentransport zu FAD, leiten die Anregungsenergie via Resonanzschwingung zum Reaktionszentrum weiter (wie bei Antennenkomplexen der Photosynthese), C-terminale Erweiterungen wahrscheinlich zur Interaktion mit Redoxpartnern (Signalweiterleitung)
CRY-Proteine wandern nach Lichtaktivierung in den Zellkern ein (wie PHY)
Wo zeigen PHY und CRY überlappende Wirkspektren?
- Hemmung der Hypokotyl-Streckung durch Licht
- Stimulierung der Anthocyan-Biosynthese
- Blühinduktion (Messen der Photoperiode)
- Circadiane Rhythmik
Was sind Phototropine?
membran-assoziierte Proteine (mit Fettsäuren), weitere Rezeptoren, die bei Blaulicht-Antworten vermitteln
Phototropismus, welche Organe reagieren wie?
Blaulicht-vermittelte Änderung des Wachstums von Organflanken (Spross reagiert positiv phototroph, Wurzel wenn negativ, Blätter senkrecht mit Licht - Dia-Phototropismus)
Was gibt es für UV-B-Rezeptoren und wofür sind sie da?
- bei 280-320 nm, Carotinoide
- induzieren Biosynthese von Anthocyanen (Phenylpropan-Derivate), akkumulieren in den Vakuolen von Epidermis-Zellen und schirmen das darunter liegende Mesophyll-Gewebe gegen UV-B-Strahlen ab (Lichtstress führt zu einer rot-violetten Färbung von Blättern und Stängeln)
Was sind COP und DET-Proteine?
wirken als Repressoren photomorphogener Reaktionen (DET-Mutante wird deetoiliert, COP-Mutante hat immer Photomorphogenese)
Wie wirkt COP1?
inhibiert im Dunkeln die Gen-Expression Licht-regulierter Gene (invers zu PHY und CRY)
Wie funktioniert grob die biologische Uhr von Pflanzen?
miteinander verschaltete, sich gegenseitig inhibierende Transkriptionsfaktoren, die durch den Lichtinput immer wieder neu resetted werden (wird stabilisiert) -> Licht- und Hormon-Antworten sind vernetzt
