Pflanzenphysiologie Flashcards
Fragenkatalog
ATP-abhängige Transporter für Mineralien befinden sich nur in der Plasmamembran, da sie
dort gegen den Konzentrationsgradienten Mineralien ausschleusen oder aufnehmen müssen.
Falsch! Auch Aufnahme in den Organellen notwendig (z.B. in Hüllmembran der Chloroplasten)
Zu den Kompartimenten außerhalb des Zytoplasmas gehören Vakuole, Zellwand und ER.
Falsch! ER gehört nicht dazu; ist noch Bestandteil des Protoplasten.
Eine einzige Membran umschließt Peroxisomen, ER und Mitochondrium.
Falsch! Mitochondrium hat 2 Membranen. Gemäß der Endosymbiontentheorie sind Zellen
mit Zellorganellen durch eine Symbiose mit Bakterien entstanden. Diese wurden von einem
Einzeller aufgenommen und daraufhin zu Endosymbionten. Später haben sich die
Endosymbionten zu Zellorganellen in ihren Wirtszellen entwickelt.
Die Organellen Zellkern, Peroxisomen und Plastiden besitzen genetische Informationen.
Falsch! Aufgabe der Peroxisome ist Photorespiration, sie besitzen keine genetischen
Informationen.
Das ER verbindet durch Vesikeltransport die Vakuole, Plastiden und Plasmamembran.
Falsch! Plastiden werden nicht mit Substanzen & Proteinen versorgt sondern dienen
hauptsächlich der Photosynthese oder sind, im Falle der Proplastiden, die Ausgangsformen
weiterer Zellen in den Meristemen und Wurzeln.
Die Zellwände sind essenziell, da mit ihnen die Zellen die Aufnahme und das Ausschleusen
von Substanzen kontrollieren können.
Falsch! Findet nicht in Zellwand, sondern in Plasmamembran statt (Zellwände nur wichtig für
Stabilität und Formgebung)
ATPasen und Kanal-Proteine können für erleichterte Diffusion sorgen.
Falsch! ATPasen sind für aktiven Transport zuständig. Kanalproteine sind aber als selektive
Poren für erleichterte Diffusion zuständig.
Proteinkanäle dienen der erleichterten und energieunabhängigen Diffusion von Metaboliten oder Mineralien durch die Membran, können aber durch einen Schließmechanismus („gating“) inaktiviert werden.
Richtig. Kanalproteine sind für erleichterte Diffusion über eine Membran verantwortlich (z.B. der spannungsabhängige Kaliumkanal kennt einen spannungsabhängig geöffneten und geschlossenen Zustand)
Biomembranen sind selektiv permeabel. Sie lassen Ionen und Nährstoffe kontrolliert
passieren, halten aber Wasser in der Zelle zurück.
Falsch! Durch die Membran können vor allem geladene Moleküle schlecht durchtreten,
während eine Diffusion von Wasser möglich ist (was die Zelle vor verschiedene osmotische
Probleme stellt). Durch eingelagerte Ionenkanäle und Aquaporine ist eine Diffusion sowohl
von Ionen als auch Wasser möglich.
Primäre und sekundäre aktive Membrantransportproteine unterscheiden sich durch die Wahl des Substrats, des beim Transport verbrauchten Energiebedarfs und durch die
Proteinstruktur.
Richtig. Sekundär aktive Kanäle koppeln den Transport eines Stoffes an den
Konzentrationsgradienten eines anderen, während primär aktive Transporter unter ATP
Verbrauch befördern. Entsprechend ihrer unterschiedlichen Funktionsweise und Substrate
weisen sie auch strukturelle Unterschiede auf.
Die hohe Elastizität der Zellwand erlaubt einerseits dynamische Expansion und Wachstum der Zelle, aber aufgrund der mechanischen Stärke auch die Toleranz gegenüber dem Turgordruck.
Richtig. Primärwand ist vor allem für die hohe Elastizität verantwortlich, während die
mechanische Stärke vor allem auf die sekundäre Zellwand mit Lignin zurückzuführen ist.
Elastizität der Zellwand bei Expansion erfolgt durch kurzzeitige Auflösung der
Hemicelluoseverbindungen zwischen den Cellulosefibrillen durch Enzyme (XyloglucanEndotransglycosylase).
Die Hemicellulosen sind als flexible Polysaccharide Bestandteil des innerzellulären
Cytoskeletts und sorgen für Verbindungen mit den Cellulosemikrofibrillen.
Richtig! Gleichzeitig funktionieren sie als Abstandshalter zwischen den Mikrofibrillen und
stabilisieren diese über Wasserstoffbrückenbindungen.
Die Cellulose-Synthase besteht aus mehreren Untereinheiten und ist im Golgi-Apparat
lokalisiert, von dem die Produkte der Katalyse in Exozytosevesikeln in den Apoplasten
transportiert werden.
Falsch. Der Multienzymkomplex Cellulose-Synthase ist in der Cytoplasmamembran lokalisiert und entlässt seine Produkte direkt in den Extrazellularraum. Jedoch wird das Enzym selbst über das Golgi in Vesikeln bis hin zur Zellmembran befördert.
Die Zellwandstreckung kommt durch irreversible Dehnung der durch den Turgor elastisch
gespannten Zellwand zustande.
Richtig. Während der örtlich und zeitlich begrenzten Lockerung der Zellwandstruktur durch
Xyloglucan-auftrennende Enzyme erfolgt zur Streckung eine irreversible Dehnung durch den Turgordruck. Die Ausdehnung wird beendet, wenn die Xylogucane zusammengenäht werden.
Die Mittellamelle verbindet die Zellwände der benachbarten Zelle und enthält einen hohen
Pektingehalt.
Richtig. Sie stellt die in der Synthese zuerst gebildete Struktur dar. Pektin bildet eine
hydratisierte Matrix als Füllstoff.
Die Saccharose-Synthase liefert das Substrat für die Synthese der Cellulose an der
Plasmamembran.
Richtig. Das auch SuSy genannte Enzym spaltet Saccharose. UDP-Glucose dient dann als
Substrat für die Zellulose-Synthase.
Das Wasserpotential wird durch die Zunahme des Wanddrucks (Turgordruck) erniedrigt und durch die Zunahme des osmotischen Drucks erhöht.
Falsch. Die Zunahme des Turgordrucks erhöht und die Zunahme des osmotischen Drucks
(=Absenken des osmotischen Potentials) erniedrigt das Wasserpotential.
Hohe Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt den Transpirationssog in der Pflanze nicht.
Falsch. Das Wasserpotential der Atmosphäre erhöht sich bei hoher Luftfeuchtigkeit, weshalb sich der für den Transpirationssog notwendige Potentialgradient (Boden-PflanzenorganeAtmosphäre) vermindert.
Wenn Pflanzen an einem Standort hoher Konzentration an gelösten Substraten wachsen,
werden sie in ihrer Wasseraufnahme beeinträchtigt
Richtig! Sie werden dehydriert. Durch bspw. einen hohen Salzgehalt wird das Wasserpotential im Boden gesenkt. Dies beeinträchtigt den für die Aufnahme von Wasser nötigen Potentialgradienten zwischen Boden über die Pflanze bis hin zur Atmosphäre.
Bei Trocken- und Salzstress können einige Pflanzen durch intrazellulären Anstieg der
Konzentration von Osmolyten für ein intrazellulär negatives Wasserpotential sorgen.
Richtig. Das Wasserpotential des Bodens ist hierbei erniedrigt. Da der Wasserhaushalt der
Pflanze mit dem Boden (und der Atmosphäre) in Verbindung steht, kann nur das Absenken
des zellulären Wasserpotentials durch zusätzliche Osmolyte die Zerstörung der Zelle
(Vertrocknen durch osmotisch bedingten Wasserausstrom) verhindern.
Es war die größere Verfügbarkeit des Lichtes und nicht des CO2, das Pflanzen veranlasste an Land zu gehen.
Falsch. Die Diffusion von CO2 ist in Luft 10.000x schneller als in Wasser. Zu damaliger Zeit
herrschte zudem eine erheblich höhere atmosphärische CO2-Konzentration. Dies genügte als Anreiz für einen Landgang, auch wenn dieser Begleitprobleme mit sich brachte.
Der Turgordruck wird durch die Protonenpumpe in der Zellwand aufgebaut und erfordert die ständige Bereitstellung von ATP.
Falsch. Protonenpumpen kommen nicht in der Zellwand, jedoch in der Plasmamembran vor. Der Turgordruck einer Zelle ist abhängig vom Wasserpotentialgradienten zum Apoplasten.
Protonenpumpen können ggf. mittelbar daran beteiligt sein über die Veränderung des
osmotischen Potentials.
Die starke Wasserpotenzialdifferenz zwischen Zytoplasma und Vakuole ist die Ursache für das Entstehen des Turgordrucks.
Falsch. Das Wasserpotential zwischen Zytoplasma und Vakuole ist gleich. Der Turgordruck
ergibt sich aus der Wasserpotentialdifferenz zwischen Zellinnerem und Apoplasten, welcher mittelbar mit dem Boden (Wasseraufnahme) und der Atmosphäre (Transpirationssog) in Verbindung steht.
Verdunstung des Wassers im Blatt über die Stomata verursacht einen Unterdruck im Xylem.
Richtig. Auf diesem Wege wird der sogenannte Transpirationssog erzeugt. Über die
Spaltöffnungen der Blätter verdunstet Wasser und es entsteht ein Sog, der dafür sorgt, dass das Wasser aus der Wurzel durch die Xylemgefäße nach oben gezogen wird. Durch die Kohäsion, Adhäsion und Kapillarkräfte des Wassers ist auch ein Transport in größere Höhen möglich.
In turgeszenten Zellen können trotz großer Veränderungen des Wasserpotentials häufig kaum Wechsel im Zellvolumen auftreten.
Richtig. Die Volumenabnahme setzt erst merklich ein, wenn der Turgordruck sich dem Niveau des osmotischen Potentials annähert. Das Protoplastenvolumen bleibt auch bei
vermindertem Turgordruck durch das osmotische Potential über weite Strecken konstant.
Die mobilen Elektronencarrier der photosynthetischen Elektronentransportkette sind
Ubiquinon und Cytochrom c.
Falsch. Diese beiden Carrier sind in der Membran der Mitochondrien lokalisiert, im Falle von Cytochrom c stationär verankert. Ubiquinon und Cytochrom c sind mobile Elektronencarrier in der mitochondrialen Elektronentransportkette. Die mobilen Elektronencarrier der photosynthetischen Elektronentransportkette hingegen sind die mit den Thylakoiden assoziierten Plastoquinon und Plastocyanin.
Die Fluoreszenz einer Chlorophylllösung ist gegenüber der einer
Thylakoidmembransuspension mit derselben Chlorophyllkonzentration immer größer.
Richtig. In den Thylakoiden wird die Anregungsenergie von den Antennenkomplexen an das Special Pair weitergegeben, wo eine Ladungstrennung erfolgt und Fluoreszenz reduziert wird. Dies geschieht um mehrere Größenordnungen schneller als die Fluoreszenz. In einer reinen Chlorophylllösung hingegen ist dieser Vorgang aufgrund der fehlenden Interaktion der Chlorophylle beeinträchtigt und es kommt zu einer deutlich stärkeren Fluoreszenz.
Chlorophyll a absorbiert Lichtenergie im gelb-grünen Bereich.
Falsch. Pflanzliche Chlorophylle haben ein kurzwelliges (blau) und ein langwelliges (rot) lokales Absorptionsmaximum. Dazwischen (in der sogenannten Grünlücke) ist die Absorption eher schwach und es wird vermehrt reflektiert, weshalb Chlorophyll bzw. chlorophyllhaltige Pflanzenteile grün erscheinen.
Die Lichtabsorptionseigenschaften der Chlorophylle a und b tragen dazu bei, dass CHL a
Anregungsenergie auf Chl b übertragen kann.
Falsch. Gerade in der roten Wellenlängenbereich absorbiert Chlorophyll b energiereicherer
Photonen. Das bedeutet, Chlorophyll b übertragt die Anregungsenergie auf Chl a.
Das photosynthetische Aktionsspektrum eines Blattes ist identisch mit dem
Absorptionsspektrum des Chlorophylls.
Richtig. Es werden zwar unterschiedliche Parameter, sprich Absorption bzw.
Sauerstoffbildung gegen die Wellenlängen aufgetragen, jedoch korrelieren diese, weshalb die Spektren weitgehend identisch sind.
Die räumliche Trennung der beiden Photosysteme in der Thylakoid beeinträchtigen die
Photosyntheseleistung der Pflanzen.
Falsch! Trennung soll ein unkontrolliertes Überfließen (spillover) der Exzitonen vom PS-II- zum PS-I-Komplex verhindern. Ohne die Trennung würde eine direkte Energieübertragung
erfolgen.
Carotinoide dienen als Schutzpigment und akzessorische Pigmente und befinden sich in den Reaktionszentren des Photosynthesekomplexes.
Richtig. Carotinoide dienen als Schutzpigmente gegen Lichtstress und verbessern akzessorisch die Absorptionseigenschaften der Photosysteme. Die Schutzfunktion wird durch den Xanthophyllzyklus ausgeführt. Bei Lichtstress säuert sich das Lumen an und Violaxanthin wird in Zeaxanthin umgewandelt, das die Energie in Form von Wärme abgibt. Sie sind sowohl in peripheren Antennenkomplexen als auch in Proteine der Kernkomplexe und Reaktionszentren des Photosynthesekomplexes zu finden.
Das Photosystem II ist in den Stromathylakoiden untergebracht, da der
Wasserspaltungsapparat/Sauerbildner Komplex in den Granastapeln eine sterische
Behinderung erfahren würde.
Falsch. Das Photosystem II befindet sich nicht in Stromathylakoiden, sondern in
Granathylakoiden. Es wird da nicht beeinträchtigt, es kommt zu keiner sterischen
Behinderung.
Für den Assimilattransport im Phloem wird Energie in Form von ATP benötigt.
Falsch. Die treibende Kraft des Phloemtransports als solches entsteht mittelbar durch einen osmotischen Druckgradienten. Entlang des Phloems des Langstreckentransportsystems
zwischen Source und Sink kommt es zu einem Druckgefälle und zu einem durch
Transportzucker osmotisch erzeugten Druckgradient, die letztendlich die Phloemtranslokation antreibt. Durch hohen Saccharosegehalt strömt kontinuierlich Wasser aus Xylem ins Phloem.
In den Sinkorganen findet dann eine Phloementladung statt. Da kommt es zum Ausstrom des Wassers ins Xylem und Druckabfall. Bei vielen Pflanzen jedoch müssen die zu
transportierenden Zuckermoleküle (z.B. Saccharose) erst in den Apoplasten gelangen, um von dort in die Siebröhren zu gelangen. Der apoplastische Weg stellt eine aktive Aufnahme dar, für die Energie erforderlich ist. Sie wird durch Hydrolyse von ATP bereitgestellt, wobei eine in der Plasmamembran vorhandene ATPase Protonen aus dem Cytoplasma in den Apoplasten transportiert. Der dadurch erzeugte Protonengradient treibt den Saccharose-ProtonenSymport an, sodass Saccharose entgegen ihrem Konzentrationsgradienten bzw. ihrer chemischen Potenzialdifferenz in den Apoplasten gelangt. Letztendlich erfolgt durch
Aufnahme des Zuckers in den Siebelement-Geleitzellen die Phloembeladung.
Photosystem I und II sind Komplexe von protonenpumpenden Proteinen in der
Thylakoidmembran.
Falsch. Die Photosysteme dienen der Absorption von Licht und können (direkt oder mittelbar als Antennenkomplexe) die Anregungsenergie einer photochemischen Ladungstrennung zuführen. Der Cytochrom-bf6-Komplex sowie Plastoquinon hingegen haben eine protonenpumpende Funktion an der Thylakoidmembran.
Die strukturelle Organisation des lichtgetriebenen Energietransfers und Elektronenflusses in den Proteinen der Photosysteme ist durch die Synthese von plastiden- und kernkodierten Proteinen möglich.
Richtig. Plastiden verfügen als semiautonomes Organell über ein eigenes Genom und die
Möglichkeit eigener Proteinsynthese. Jedoch sind weniger als 5% der hier wirkenden Proteine plastidverschlüsselt. Der Großteil der hier wirkenden Proteine ist daher kernkodiert und muss importiert werden. Für die vollständigen Funktionsweise der beiden Photosysteme sind Proteine aus dem Plastidengenom und Kerngenom erforderlich.
Der lineare photosynthetische Elektronentransport ist wegen der Lokalisation des PSI in den Stromathylakoiden und PSII in den Granathylakoiden beeinträchtigt.
Falsch. Zwar ist die Lage der Photosysteme richtig beschrieben, jedoch funktioniert der
Transport problemlos durch Carrier sowie die Dynamik der Komplexe. Bei einer
Beeinträchtigung gäbe es sicher eine evolutionäre Anpassung.
Ohne Antennenkomplexe sind PSI und PSII funktionsunfähig.
Falsch. Die Ladungstrennung kann weiterhin ungehindert erfolgen, jedoch mit einer
Lichtausbeute, die um mehrere Größenordnungen geringer ist als bei intaktem
Antennenkomplex, da die Wahrscheinlichkeit für das direkte Auftreffen eines Lichtquants auf des Special Pair vergleichsweise gering ist. Insgesamt wäre eine Pflanze ohne
Antennenkomplexe daher deutlich weniger überlebensfähig. Außerdem können bei hoher
Lichtintensität auch Antennen abgebaut werden.
Innerhalb der Photosystems II sind die Eisen-Schwefelcluster die finalen
Elektronenakzeptoren. Innerhalb des PS I werden die Elektronen abschließend auf das
Plastoquinon QA übertragen.
Falsch. Photosystem I hat Fe-S-Cluster als terminalen Elektronenakzeptoren. Das Photosystem II verwendet Quinone um Elektronentransfer innerhalb des Proteinkomplexes abzuschließen.
In der Photosynthese durchlaufen Elektronen in der Thylakoidmembran eine Reihe von
Redoxkomponenten und erzeugen dabei einen Protonengradienten, der für die oxidative
Phosphorylierung zur ATP-Synthese benötigt wird.
Falsch. Die oxidative Phosphorylierung ist ein Vorgang, der bei der ATP-Synthese in den
Mitochondrien beschrieben ist. Man spricht hier von Photophosphorylierung.
Eine Funktion der Elektronentransportkette in der Thylakoidmembran besteht darin, durch
die Membran Protonen in das Lumen zu pumpen, die später dazu beitragen, ATP durch
Chemiosmose zu erzeugen.
Richtig. Die Wasserspaltung und die Redox-Vorgänge des Plastochinons tragen der
Ansäuerung des Lumens/Aufbau des Proteingradienten bei. Durch den Protonengradienten wird die CF1CF0-ATPase betrieben, welche ATP synthetisiert. Es können außerdem durch die Elektronentransportkette Reduktionsäquivalente gebildet werden.Bei der Reduktion des Plastochinons und Übertragung der Elektronen auf PSII werden auch Protonen mitgeführt, die dann bei der Oxidation von Plastochinons am Cytochrom b6/f Komplex in das Lumen abgegeben werden.
Zyklischer und nicht-zyklischer photosynthetischer Elektronentransport produzieren jeweils ATP.
Richtig. Beide bilden einen Protonengradienten, welcher zur ATP-Synthese nutzbar ist. Jedoch werden im zyklischen Elektronentransport keine Reduktionsäquivalente gebildet. Im linearen Elektronentransport wird auch NADPH gebildet.
Die ATP-Synthese in den Chloroplasten wird auch Photophosphorylierung genannt. Wie in
den Mitchondrien kann diese auch in den Thylakoidmembranen nachts erfolgen.
Falsch. Die Photophosphorylierung ist definitionsgemäß lichtabhängig. Sofern also kein
Kunstlicht appliziert wird, ist von deren Auftreten in der Nacht nicht auszugehen. Die
mitochondriale ATP-Bildung hingegen ist lichtunabhängig, benötigt jedoch
Reduktionsäquivalente.
Die Rolle von NADPH aus der Photosynthese ist die Oxidation von Kohlenstoffverbindungen im Calvin-Benson-Zyklus.
Falsch. NADPH wird für reduktive Schritte im Calvin-Benson-Zyklus bereitgestellt, welche zur Kohlenstoffassimilation in der Dunkelreaktion nötig sind.
Der oxidative Pentosephosphatweg dient im Zytoplasma der Bereitstellung von NADH für
reduktive Schritte und Reduktionsäquivalente in der mitochondrialen
Elektronentransportkette.
Richtig. NADH kann zu mitochondrialen Elektronentransportkette gelangen. Dazu ist jedoch
ein Malat-Shuttle (Transfer) benötigt. Weil in den Pflanzenmembranen keine NADH oder
NADPH Transportsystem zu finden ist. Durch Malat-Shuttle ist ein Transfer von
Reduktionsäquivalenten von Chloroplasten über Cytoplasma in die Mitochondrien bzw. aus
Chloroplasten in das Cytoplasma und bei Bedarf in den Peroxisomen möglich.
Die Enzyme im Calvin-Benson-Zyklus werden lichtunabhängig von reduziertem Thioredoxin
aktiviert.
Falsch! Die Aktivierung erfolgt lichtabhängig. Thioredoxin ist maßgeblich an der Regulation
des Kohlenstoffwechsels, u.a. des Calvin-Benson-Zyklus beteiligt. Lichtabhängig, durch die
reduktive Kraft der Photosynthese, wird Thioredoxin reduziert und aktiviert bzw. deaktiviert
verschiedene Enzyme des Pentosephosphatwegs. Reduziertes Thioredoxin aktiviert sowohl
FBPase, als auch SBPase, RuBP-Kinase und GAPDH durch die Disulfid-Austausch-Reaktionen.
Das Thioredoxin-System inaktiviert tagsüber u.a.
* Phosphofructokinase (PFK) und somit die Glykolyse und
* 2. Glucose 6-Phosphat-Dehydogenase und somit den oxidativen Pentose-PhosphatZyklus in den Plastiden
Durch lichtabhängige/lichtstimulierte Aktivierung des oxidativen Pentosephosphatwegs
vermeidet die Pflanze tagsüber, dass produziertes ATP und NADPH nutzlos umgesetzt
werden.
Falsch. Lichtabhängig wird tagsüber der oxidative Pentosephoshatweg inaktivert. Vielmehr
spielt hier der reduktive Pentosephosphatweg eine Rolle.
Nachts muss der Calvin-Benson-Zyklus gar nicht erst inaktiviert werden, da nachts kein ATP
produziert wird und auch kein NADPH zur Verfügung steht.
Falsch. Nachts wird ATP während den mitochondrialen oxidativen Phosphorylierungsprozesse erzeugt. NADPH kann dem oxidativen Pentosephosphatweg entstammen, also in den Chloroplasten liegt zusätzlich NADPH. Damit nachts nicht weiter CO2 fixiert wird, inaktivieren die Pflanzen die Enzyme von Calvin-Benzon-Zyklus. Eine Möglichkeit der Inaktivierung dieser Proteine ist die Oxidation der wesentlichen und ratenlimitierenden Enzyme dieses Stoffwechselwegs oder dunkelabhängiger Abbau dieser Proteine und folgende Sicherstellung der Neusynthese dieser Proteine für den Zeitraum der erneuten Belichtung. Um hier keine futile cycles entstehen zu lassen, müssen die Enzyme des Calvin-Benson-Zyklus mithilfe weiteren Regulationsmechanismus inaktiviert werden.
Im Verlauf der Evolution hat RuBisCo bei C4-Pflanzen durch Mutation ihre doppelte
katalytische Funktion als Carboxylase und Oxygenase verloren. Dies erklärt die hohe Effizienz der CO2- Bindung und deren hohe Photosyntheseleistung.
Falsch. Die Veränderungen der C4-Pflanzen sind anatomischer, physiologischer und
biochemischer Natur. Durch räumliche Trennung und Vorfixierung von CO2 durch
PEPCarboxylase ist RuBisCo sehr hohen CO2-Konzentrationen exponiert, weshalb die
Carboxylasefunktion deutlich überwiegt. Grundsätzlich ist eine Oxygenasefunktion aber
weiterhin möglich. Wegen der erhöhten CO2-Konzentration in den Bündelscheidezellen
katalysiert die RuBisCo überwiegend die Carboxylierung statt der Oxygenierung. Wegen
erhöhter [CO2] ist weniger RuBisCo (=Protein) notwendig, daher effizientere Nutzung von N
(Proteinbiosynthese).
