Molekularbiologie der Pflanzen

Question 1

Besonderheiten der Pflanzen

Answer 1

• sessile Lebensweise
• besitzen Vakuolen und Plasmodesmata
• produzieren breites Spektrum an Polysacchariden
• CO2 zu Zucker und produzieren O2 (Photosynthese)
• synthetisieren alle Aminosäuren
• vermehren sich klonal

Question 2

Vakuolen - Definition und Funktionen

Answer 2

Def: flüssigkeitsgefüllte, von Plasmamembran (Tonoplast) umschlossene Organelle

Fkt:

1. Zellgröße (Turgor = Druck auf Zellwand)
2. Reservoir für Ionen Proteine, Polysaccharide, Aminosäuren, organische Säuren, Pigmente, toxische Substanzen (Alkaloide, phenolische Verbindungen, Schwermetalle)
3. lytischer Abbau, ähnlich Lysosomen (Proteasen, Glykosidasen, Lipasen)

Question 3

Plasmodesmata Funktion

Answer 3

1. Verbindung der Zellen über Zellwand

2. ER der Zellen verbunden

Question 4

Zellwände

Answer 4

1. Schwammparenchym
2. Epidermis (Schutz)
3. Trachtende (Leitgefäße)
4. Trichom

Question 5

Leitbündel

Answer 5

• Gefäßsystem der Pflanzen zum Molekültransport
• bestehend aus Phloem - Xylem
  -> Phloem (Bast): Verteilung org. Mol. (Glucose, AS) in Pflanze & bestehend aus Siebröhrchen + Geleitzellen + Parenchymzellen
  -> Xylem (Holz): Transport von Wasser und Ionen von Wurzel zum Blatt und bestehend aus Tracheen/Tracheiden + Parenchymzellen
  => treibende Kraft: Transpiration in den Blättern und Adhäsion/Kohäsion in Xylem

Question 6

Zellulose

Answer 6

• Polysaccharid: beta-D-Glucose ist über C1, C4 glykosidisch verknüpft
• Hauptbestandteil der Zellwände
• Halbacetalbildung: Carbonylgruppe und Alkohol
• Vollacetal: Halbacetal (Zucker) und Alkohol
• Ringbildung: Anomere (alpha und beta)

Question 7

Zellwand

Answer 7

• Glykane, die Zellulose kreuz-vernetzen (H2 Brücken) = Hemicellulose
• Typ I Zellwand: Xyloglucane (XyGs)
• Typ II Zellwand: Glucuronoarabinoxylane (GAX)

Question 8

Pektine

Answer 8

• bilden in Typ I und II Wänden Netzwerke in die Zellulose und Glykane eingebettet sind
• sind im wesentlichen Polygalacturonsäuren, mit wechselnden Anteilen von D-Xylol-, D-Galactosyl-, D-Arabinosyl oder L-Rhamnosylresten

Question 9

Zellwand Strukturproteine

Answer 9

1. Extensine
2. Hydroxypolin-reiche Glykoproteine: HRGPs
3. Prolin-reiche Proteine: PRPs
4. Glycin-reiche Proteine: GRPs

Question 10

Photosynthese

Answer 10

• Oxidations-Reduktion-Prozess:
  CO2 + 2H2O -> (CH2O) + O2 + H2O
• Ort der Photosynthese: Chloroplasten = besondere Form von Plastiden
• umfasst zwei räumlich getrennte Phasen:
  1. Lichtreaktionen
  2. Kohlenstoffreaktionen
• Reaktionszentren: PSI und PSII -> Kopplung zweier Photosysteme
• Übertragung der eingesammelten Energie via Chlorophyll ans Zentrum, dort Sammeln der Energie, bis sie zur Ladungstrennung ausreicht

Question 11

Photolyse von Wasser

Answer 11

2 H2O -> 4 H+ + O2 + 4 Elektronen
- findet am oxygen-evolving centre (OEC) statt

• 4 Redox Zustände: S states => S0: am stärksten reduziert und S4: am stärksten oxidiert
• OEC besteht aus 4 Manganionen, 5 Sauerstoffatomen und 1 Calciumionen
• > manganstabilisierendes Protein hält OEC in best. Orientierung
• Manganionen geben schrittweise je ein Elektron ab (Wechsel zwischen MnIII und MnIV). Im letzten Schritt von S4 zurück nach S0 erfolgt die Bildung von O2
• wahrscheinlich Nukleophiler angriff von Ca2+ gebundenem H2O auf ein Mn-O-Intermediat

Question 12

Künstliche Photosynthese

Answer 12

• Sonnenenergie nutzen und zur Wasserspaltung verwenden

- Aminosäuren Biosynthese

Question 13

Transgene Pflanzen

Answer 13

• Voraussetzung: klonales Wachstum und Regeneration

- Bsp: Generierung hybrider Pflanzen durch Protoplastenfusion

Question 14

Protoplastenfusion

Answer 14

Protoplastenfusion und die Regeneration einer Hybridpflanze. Nach der Zerteilung eines Blattes ist es möglich, aus den Stücken durch Verdauen der Zellwände mit dem Enzym Cellulase vereinzelte Protoplasten zu gewinnen. Um eine Hybridpflanze zu erzeugen, werden Protoplasten aus verschiedenen Pflanzen in einem sterilen Flüssigmedium zur Verschmelzung gebracht. Das Medium enthält geeignete Hormone zur Stimulation des Sprosswachstums (Cytokinine) und des Wurzelwachstums (Auxine). Die Zellkerne verschmelzen (Synkaryon) oder bleiben getrennt (Heterokaryon). Oft sind diese Pflanzen steril

Question 15

Möglichkeiten zur DNA Transformation

Answer 15

• Elektroporation
• Transformation mittels Siliziumkarbid-Fasern: Mischung von whisker, DNA und Zellen
• Polyethylenglykolbehandlung (PEG): greift Zellmembran an

Question 16

Agrobakterium

Answer 16

Generierung transgener Pflanzen mittels Agrobakterium: nach Infektion mit Agrobakterium bildet sich Wurzelhalsgallenbildung