Molekularbiologie d. Pflanzen Flashcards
Besonderheiten von Pflanzenzellen & warum?
Aufgrund von sessiler Lebensweise: Vakuolen & Plasmodesma breites Spektrum an Polysacchariden Photosynthese Synthese aller AS klonale Vermehrung
Vakuolen: Was? Aufgabe?
Flüssigkeitsgefüllte Organelle, umgeben von Tonoplast:
beeinflusst Zellgröße über Turgor
Reservoir für Ionen, Proteine, Pigmente, AS, u.ä.
Proteine d. lytischen Abbaus
Plasmodesmata: Was? Aufgabe?
Verbindungen zw. benachbarten Zellen:
Zellwände 20-40nm
ER läuft durch Plasmodesma
Leitbündel: Was?
Gefäßsystem d. Pflanzen: Phloem & Xylem
Phloem: Aufgabe, Ort & Funktionsweise
Verteilung org. Moleküle in Siebröhren, Gleitzellen & Parenchymzellen gefüllt mit H2O & Molekülen Fließrichtung: beide Endwände perforiert, Membran intakt Zellkern & Vakuolen aufgelöst ER wandständig
Xylem: Aufgabe, Ort & Funktionsweise
Wasser-& Ionentransport von Wurzel aus in Tracheen/Tracheiden & Parenchymzellen gefüllt mit H2O & Molekülen Fließrichtung: nur Wurzel zu Blatt keine Endwände zw. Zellen Perforationsplatten zw. Zellen dicke, durch Lignin stabilisierte Zellwände
Kambium: Was? Aufgabe?
Gewebe zw. Phloem & Xylem
teilungsfähig
neue Zellen für beide Gefäßsysteme
Treibende Kraft d. H2O-Transports
Transpiration an Blättern
Adhäsion & Cohäsion in Xylem liefern nach
Hauptbestandteil v. Zellwänden: Was? Anordnung?
Zellulose:
ß-D-Gluc mit HBB als Netz -> Microfibrillen
unterschiedliche Anordnung in versch. Sekundärwänden
Enantiomere/Diastereomere v. D-Gluc
Enantiomere: L-Gluc
Diastereomere: D-Man, D-Gal
Unterschied: Zellulose vs. Amylose
Zellulose: ß-D-Gluc verknüpft über ß-1,4-glyc. Bindung
Amylose: ß-D-Gluc verknüpft über alpha-1,4-glyc. Bindung
->Polysaccharid-abbauende Enzyme spalten nur Amylose
Glucane d. Zellwand Typ I
XyGs: Xyloglucane
Arabinoside
Extensin
Pectine
Glucane d. Zellwand Typ II
GAX: Glucuronoarabinoxylan
ß-Glucane
Phenol-Netzwerke
Pectine
XyGs & GAX: Aufgabe? Aufbau?
Vernetzung d. Zellulose
Hemizellulosen
XyGs: Xylulose-Ketten mit Glc-Seitenketten
GAX: Glc-Ketten mit Arabinose-Seitenketten
Pektine: Welche? Aufbau?
Polgalacturonsäuren mit wechselnden Resten
HGA: Homogalacturonan
Xylogalacturonan
RG I&II: Rhamnogalacturonan
Strukturproteine d. Zellwand
Extensine: stark glycolysiert
HRGPs: Glycoproteine, Hydroxyprolin-reich
PRPs: Glycoproteine, Prolin-reich
GRPs: Glycoproteine, Glycin-reich
Wo werden Proteine/Pectine/Glycane/Zellulose synthetisiert?
Proteine: rauhes ER, Glycolysierung am Golgi
Pectine & Glycane: Golgi
Zellulose: Plasmamembran
Photosynthesegleichung: Elektronendonator/-akzeptor? Reduktions-/Oxidationsprodukt?
CO2 + 2 H2O -> CH2O + O2 + H2O e-Akzeptor: CO2 e-Donator: H2O Reduktionsprodukt: CH2O Oxidationsprodukt: O2
Lichtreaktion vs. Kohlenstoffreaktion: Ort? Gleichungen?
Lichtreaktion: in Thylakoidmembran d. Chloroplasten
H2O + Energie -> O2 + ATP + NADPH
Kohlenstoffreaktion: in Stroma
ATP + NADPH + CO2 -> CH2O
Ablauf d. Reaktion in Photosystem I: Reaktionszentrum?
Reaktionszentrum: Proteine D1 & D2
- e gehen über 4 Mn2+ auf Tyr von D1
- e gehen über Chlorophyll (P680) auf Pheophytin -> Ladungstrennung
- e gehen auf Plastochinon A, über gebundenes Fe auf Plastochinon B
Chlorophyll: Aufbau? a und b Unterschied?
Porphyrinringsystem: 4 Pyrrolronge, 1 weiterer Ring
a: CH3 anRing II
b: CHO an Ring II
Warum ist Ladungstrennung möglich?
Ladungstrennung schneller als Fluoreszens: ps vs. ns
LHCs: Aufgabe?
Light Harvesting Complexes
Trimere um Chlorophyll-bindende Proteine
Zentrieren d. Licht-Energie auf Reaktionszentrum
Ablauf d. Reaktion in Photosystem I
- e gehen von Plastocyanin auf Chlorophyll: Lichteinwirkung -> höheres Niveau
- Energieabgabe über Protein-Reaktionszentren
- Energieabgabe über 3 Fe-Zentren
- e gehen auf Ferredoxin
Protolyse d. Wasser über Mn-Cluster in Photosystem II: Ablauf
- Protein hält Mn-Cluster in bestimmtem Zustand
- Abgabe e von H2O -> Cluster durchläuft 4 Redox-Zustände (S-States)
- Mn-Ionen geben schrittweise e ab
- Entstehung O2 nach letztem Schritt
Ablauf d. Q-Zyklus in Cytb6f-Komplex
- 4 e und 4 H werden auf 2PQ übertragen -> 2PQH2
- e wird von PQH2 auf Rieske-Fe-S-Protein übertragen
- e läuft über 2 Häm-Gruppen d. Cytb -> PQ-Radikal
- wdh. 1-3: 2H aus Stroma an PQ-Radikal, 2 ins Lumen
Wie hoch ist das Redoxpotential d. Cytb6f-Komplex?
zwischen 1,2 bis -1,2V
Wie viel Energie benötigt 1 Glc-Molekül in Herstellung? Wie viele H2O-Moleküle müssen dafür Protolyse durchlaufen?
12 NADPH + 18 ATP
12 H2O & 24 e müssen Protolyse durchlaufen
48 Lichtanregungsprozesse nötig
Reaktionsgleichung d. Carboxylation im Calvin-Zyklus
Ribulose-1,5-Bisphosphat + CO2 -> 3-PGA
Reaktionsgleichung d. Reduktion im Calvin-Zyklus
3-PGA + 6 ATP + 6 NADPH -> 2 GAP + 6 ADP + 6 NADP + 6Pi
Reaktionsgleichung d. Regeneration im Calvin-Zyklus
2 GAP + 3 ATP -> GAP(geht ab) + Ribulose-1,5-Bisphosphat
Wie viel Lichtenergie liegt in Kohlenhydrat chemisch gebunden vor? Wie viel wird überhaupt umgewandelt?
<1% d. Lichtenergie wird umgewandelt
davon liegen 30% chem. gebunden vor
Welche essentielle AS werden von Pflanzen synthetisiert?
Tryptophan (Trp), Phenylalanin (Phe), Threonin (Thr), Lysin (Lys), Methionin (Met), Leucin (Leu), Valin (Val), Isoleucin (Ile)
Synthese v. Tyr, Trp & Phe über welchen Stoffwechselweg?
Schritte bis Abgang d. genutzten Zwischenprodukts?
über Glycolyse
Glucose -> Fructose-1,6-BP -> 3-Phosphoglycerat -> Phosphoenolpyruvat
Weitersynthese v. Phosphoenolpyruvat zu AS (mehrere Wege)
Phosphoenolpyruvat + Erythrosephosphat -> DHAP
DHAP + Shikimate -> Chorismate
Chorismate + Anthranilate -> Trp
Chorismate + Prephenate -> Tyr/Phe
Protoplastenfusion: Ablauf
- Blatt zerkleinern
- Inkubation in Lösung Cellulase, Zucker, Salze -> Zellwände auflösen
- Zentrifugation: Protoplasten oben
- Protoplasten 2-3W auf Nähragar & Nährzellen
- Verschmelzen v. verschiedenen Protoplasten: steriles Flüssigmedium mit Cytokinen & Auxinen
- Synkaryon (1 Zellkern) oder Heterokaryon (2 Zellkerne
Unterschied: Cytokine vs. Auxine
Cytokine: fördern Sprosswachstum
Auxine: fördern Wurzelwachstum
Einbringen v. Fremdgenen über Elektroporation
Fremdgene außerhalb d. Protoplasten
Während E-Feld: Protoplast polariesiert -> Spannung perforiert Membran
Fremdgene innerhalb d. Protoplasten
Mambranreparatur
Einbringen v. Fremdgenen über Whisker (Siliziumharbid-Fasern)
DNA lagert sich an Fasern an
Fasern durchdringen Zellwand
Einbringen v. Fremdgenen über PEG (Polyethylenglycol)
Perforieren d. Zellwand durch PEG
DNA dringt in Zelle ein
Membranreparatur
Einbringen v. Fremdgenen über Agrobakterien
Bakterium überträgt Ti-Plasmid über Wundöffnung
DNA wird in Bakteriengenom integriert
Ti-Plasmid induziert Wurzelhalsgallentumor -> Expression d. Femdgene
Ti-Plasmid: Enthaltene Gene & Auswirkung
Tumor-Gene, Opin-Synthese-Gene, Opin-Katabolismus-Gene, vir-Gene
in Plasmid nur T-DNA: Tumor-Gene, Opin-Synthese-Gene
Opin-Produktion dient Bakterienstoffwechsel
Aufgabe d. vir-Proteine d. Agrobakteriums: VirA & VirG
VirA: Sensor für phenolische Substanzen (bei Wunde)
VirG: wird von VirA phosphoryliert -> Anktivierung d. vir-Gen-Transkription
Aufgabe d. vir-Proteine d. Agrobakteriums: VirD1/D2
Helikase & Endonuklease
schneiden T-Strang als ssDNA aus Plasmid
Export: VirD2-T-Strang-Komplex
Aufgabe d. vir-Proteine d. Agrobakteriums: VirB1-11 & VirD4
Bilden Kanal als Verbindung zur Pflanzenzelle:
VirB1-11 auf Bakterienseite, VirD4 auf Zytosolseite
Aufgabe d. vir-Proteine d. Agrobakteriums: VirE2, VirE3 & VirF
VirE2: Transport zum/in den Kern
VirE3: Kern-Import
VirF: Genomintegration
Wo wird Trans-Gen auf Ti-Plasmid eingesetzt? Wo befinden sich vir-Gene?
Trans-Gen: mit Marker-Gen in T-Strang
vir-Gene: mit Promotor auf Helfer-Plasmid
Teile eines T-Vektors (beispielhaft)?
Multiple Cloning Site 3'-Signal Plant-Selectable Marker Left Border Bacterial-Selectable Marker OriE (Replikationsfunktion E.coli) OriA (Replikationsfunktion Agrobakterium) Plasmid-Mobilisierung Right Border Promotor Reporter
Flavr-Savr-Tomate: Wie hergestellt? Welche Gene manipuliert?
normale Tomate: Polygalacturonase (PG) verdaut Hülle über Pectinabbau
Lösung: cDNA mit Antisense-Stück zu PG-mRNA wird eingebracht -> dsRNA mit PGmRNA, weniger PG exprimiert
Was beeinflusst Glyphosat im Pflanzen-Stoffwechsel & wie?
Inhibiert EPSP-Synthase -> wichtig für Trp, Typ & Phe-Synthese
Gly-Ala-Mutation in ShkG (codierende DNA)
Welche herkömmliche/alternative Glyphosat-Resistenz können Pflanzen entwickeln?
herkömmlich: Glyphosat akkumuliert in Meristem -> Entwicklungshemmung, geringer Ertrag
alternativ: Acetylierung d. Glyphosat über Acetyltransferase -> Abbau d. Herbizid
Finden v. Spezies geeignet zum herstellen v. alternativer Resistenz
Acetyltransferasen (GAT) müssen synthetisiert werden -> Bacillus-Spezies
Screening d. GAT-Aktivität nach Effizienz -> B.licheniformis
Erhöhen von kcat/KM -> Gene Fragmentation & Shuffling
