Vorlesung 11

Question 1

1. Nennen Sie vier Klassen von Lichtrezeptoren!
2. In welchen Wellenlängenbereichensind sie wirksam (z.B. blau, rot/dunkelrot…)?
3. Was sind ihre wesentlichen biologischen Funktionen?

Answer 1

Question 2

Warum keimen manche Pflanzen in Abhängigkeit vom Licht?

Was ist der Rezeptor?

Answer 2

• z.B. Salatkeimung: Keimung induziert im Rotlicht, aber inhibiert bei Bestrahlung mit Dunkelrot-Licht.
  
  • pfr im Zellkern, aktiviert Transkription von Genen, die für die Keimung zuständig sind.
• der Rezeptor ist Phytochrom,
• dieser kommt in zwei Konfigurationen vor:
  
  • der aktiven pfr Form und der inaktiven pr Form.
  • Die aktive Form bindet im Zellkern an PIFs, das sind Repressoren von Chloroplastenentwicklung
• In Pflanzen kommen unterschiedliche Lichtrezeptoren vor, beispielsweise Phytochrome können sehr lichtempfindlich sein
• Trifft Licht auf die Phytochrome wird eine Signaltransduktion ausgelöst, durch die bestimmte TFs gesteuert werden. Dadurch werden im Zellkern Transkriptionsfaktoren von Genen aktiviert, die für die Keimung zuständig sind.

Question 3

Beschreiben Sie den Mechanismus der Lichtperzeption von Phytochromen! (Folie 14-17).

Answer 3

Phytochrome sind Lichtrezeptoren für rotes Licht. Sie liegen in zwei Konformationen vor:

• aktive Form Pfr und inaktive Form Pr.
• Rotes Licht bewirkt bei der Pr Form eine Konformationsänderung, sie geht in die Pfr Form über.
• Die Pfr Form kann in den Nucleus einwandern und reguliert dort Transkriptionsfaktoren, die beispielsweise Gene für Wachstum, Ergrünung oder Keimung regulieren.

Question 4

Erklären Sie anhand des Mechanismus die Effekte von rotem und dunkelrotem Licht auf die Keimung von Salat!

Answer 4

• Same im Rotlicht (z.B. Sonne): Pr Form geht in Pfr-Form über, im Zellkern aktiviert sie die Transkription von Genen, die für die Keimung zuständig sind (z.B. GA)
• Samen im Dunkelrotlicht: die Pfr-Form geht wieder in die Pr Form über, Transkription findet nicht statt. Keimung wird gestoppt.

Question 5

Warum verändern Chloroplasten ihre Position in der Zelle abhängig von
Lichtverhältnissen?

Welcher Lichtrezeptor ist hierfür verantwortlich?

Answer 5

• Unter Einwirkung von Blaulicht niedriger Intensität verlagern sich Chloroplasten in Richtung der Lichtquelle, bei hoher Intensität so, dass sie sich gegenseitig schützen.
• Lichtrezeptor: Phototropin.

Question 6

Ergrünungswachstum (De-Etiolierung) wird sowohl durch Blaulicht als auch die Rotlicht kontrolliert.

Was sind die Photorezeptoren und wie ist der allgemeine Mechanismus? (Folie 44)

Answer 6

• Im Dunkeln reprimieren DET und COP Proteine, die für die Photomorphogenese, speziell solche Gene, die für die Ergrünung zuständig sind.
• Signale von Rot- bzw. Blaulicht wirken auf Phytochrom und Cryptochrom. Diese interagieren und inaktivieren die Repression durch die DET/COP Proteine.
• Viele Enzyme, die während der Ergrünungsantwort transkribiert werden, üben eine direkte Funktion bei der Photosynthese aus oder spielen bei der Bereitstellung von Vorstufen für die Synthese von Chlorophyll eine Rolle.