Zellwand Flashcards
Was sind Plasmodesmata?
Verbindungen zwischen Pflanzenzellen (Syncytium)
Wie ist die Zellwand aufgebaut?
Primärwand (Cellulose, Hemicellulose) - Mittellamelle ., Ecke: Pektin-reich - Primärwand
Welche Form hätten die Protoplasten ohne die Zellwand?
kugelig (Zellwände bestimmen die Form von Pflanzenzellen, die ganz unterschiedlich sein kann)
Was ist Armierung?
Verstärkung der Zellwandmatrix durch Zellulose-Fibrillen
Struktur einer Cellulose-Mikrofibrille
beta-1,4 (O-glykosidische Bindung des anomeren C1-Atoms mit C4-Atom) - gestrecktes Polymer (poly-Glukan)
Was benötige die Cellulose-Synthase-Untereinheiten zur Zellwandsynthese?
(aktivierte) UDP-Glukose, welche im Cytosol enzymatisch unter Verbrauch von Kohlenhydraten bereitgestellt wird, Cellulose-Synthase bildet Komplexe an der Plasmamembran (Rosetten)
Wodurch wird die Ausrichtung / Textur der Cellulose-Fibrillen vorgegeben?
kortikale (randständige) Mikrotubuli, an denen sich die Rosetten-Komplexe vorwärts schieben (Rosetten-Modell)
Was macht COBRA?
unterstützt die Bildung von Cellulose-Mikrofibrillen (noch unklar, wie es rekrutiert wird)
Was sind CTL1/POM1 und CTL2?
Chitinase-like Glykoproteine: sollen Quervernetzungen von Mikrofibrillen beeinflussen
Was bedingen Mikrotubuli?
Wandtextur und Dehnungsrichtung wachsender Zellen (anisotrope Zellstreckung -bewirken, dass Zelle in unterschiedliche Richtung unterschiedlich stark wachsen kann)
Was ist die Cellulose Synthase Interactive1 (CSI1)?
Verbindung zwischen kortikalen Mikrotubuli und Cellulose-Synthase-Untereinheiten-Komplexen (CSC)
Was sind Hemi-Cellulosen?
Quervernetzer: komplexe, teilweise verzweigte Polysaccharide (Glucose, Mannose, Xylose und Galactose), direkt mit den Cellulose-Mikrofibrillen assoziiert (alpha-1,6)
Was machen Pektine?
bilden die Zellwand-Matrix: unpolare Regionen: Methyl-veresterte-Carboxylgruppen, polare Seitenketten: bilden wässrige Poren/Kanäle, Hydratisierung (Wasserbindung), Gele: Carboxylgruppen von Nachbarketten mit mehrwertigen Kationen zu Salzbrücken
Wodurch wird die Wand-Textur vor allem vorgegeben, nenne ein bis zwei Beispiele bei der Fruchtreife
durch Zellwand-Architektur:
- mehlige Äpfel: Pektin-Verfestigung, Verlust von Zell-Zell-Kontakten
- Zellwände von reifen Tomaten (Pericarp-Fruchtwand) schwellen an und werden weich (Enzyme)
Was ist Lignin und wozu dient es?
Phenolisches Makromolekül aus Zimtsäuren, gezielte Radikalbildung im Apoblasten (zwischen Zellwänden), autokatalytische Polymerisation, Zellwand-Imprägmierung, Xylem: “Holz”
Wie lässt sich Lignin anfärben?
Phloroglucin-HCl (pink)
Wodurch variieren Struktur und mechanische Eigenschaften von Holz?
unterschiedlicher Polymerisationsgrad der Phenolbausteine und unterschiedliche kovalente Vernetzung des Lignins mit Cellulosen und Hemicellulosen
Welche Funktion können Zellwände über den Tod hinaus erfüllen?
Samenverbreitung
Was ist Baumwolle?
Cellulose-Produkt: dicke Zellwand fast nur aus Cellulose-Fibrillen, bei Reifung kollabiert der Rest, sodass helikale Baumwollfaser entsteht
Wie erfolgt die Richtung der Zellstreckung normalerweise?
immer quer zu den Mikrofibrilen (Vakuolen fusionieren, durch aktive Teilchenaufnahme strömt Wasser nach)
Ausnahme: keine Zellstreckung quer zu den Mikrofibrillen
bei polarem Spitzenwachstum bei Pollenschläuchen und Wurzelhaaren: flexible Zellwand, vorallem aus Pektin: gezielt Vesikel zum Pol, aushärten der Flanken
Spiralmodell des interkalaren Wachstums
Pflanzenzellen lassen sich quer zu ihrer Wand-Textur dehnen: bestehende Celllulosefibrillen werden ausgedünnt: Neusynthese und Einlagerung von Zellwandmaterial (Auxin-gesteuert!)
Was ist die Triebkraft der Wanddehnung?
der Zell-Innendruck (Turgor)
Wie werden die Quervernetzungen der Zellwand bei der Dehnung aufgebrochen?
H+-ATPasen an der Plasmamembran aktiv: pH-Abfall im Apoplasten: Expansine: brechen Verbindungen (saures pH-Optimum), Xyloglucan-endo-transglykosylase (XET) spaltet Hemicellulose-Polymere und speichert einen Teil der freiwerdenden Energie zur Wiederverknüpfung
Wie beeinflussen Pflanzenhormone die Zellstreckung?
- Richtung der Wanddehnung durch re-Orientierung von kortikalen Mikrotubuli (z.B. Ethylen)
- Rate und Beginn der Wanddehnung durch Aufbrechen der Quervernetzungen (z.B. Auxine, Gibbereline)
Was machen Auxine laut der Säure-Zellstreckungshypothese? schnelle/langsame Prozesse, woran beteiligt?
- induzieren Zellstreckung (schnell: induziert Protonenpumpen an der Plasmamembran (Expansine aktiviert), langsam: induzierte Genexpression für Nachschub an Wandmaterial)
- Wachstumsbewegungen von Organen, z.B. Photo- oder Gravitropismus
zusammengefasst Stationen der Zellstreckung?
- Initiation: hormonelles Signal
- Ansäuerung des Apoblasten
- Lösen der Quervernetzungen
- Zellstreckung quer zu Mikrofibrillen (Aktivierung von Ionenpumpen, Vakuolenfusion)
- Neusynthese von Wandmaterial
Wie können Pflanzen den Angriff durch Pathogene erkennen?
Zelwand-Fragmente beider Seiten als Signalmoleküle (Elicitoren), Abwehrprozesse wie Bildung von Chitinasen (spezielle Rezeptoren, Signalkaskaden)
Wie ist das Cytoskellett eukaryotischer Zellen grob aufgebaut?
Netzwerk aus fibrösen Elementen: dynamisches, filamentöses Netzwer
Welche Komponenten gibt es im Cytoskelett?
Mikrotubuli, Mikrofilamente, Intermediärfilamente
Mikrotubuli
hohles Rohr, Dimer aus alpha und beta Tubulin, polar (+/-) (Wandrichtung der Zellulosen, Chromosomemwanderung, zelluläre Bewegungen via Motorproteine)
Mikro(aktin)filamente
zwei umeinander gewundene Stränge aus Monomeren, Aktin (Muskelkontraktion (Tiere), Stabilisierung und Veränderung der Zellform), -/+Ende (polar)
Intermediärfilamente
zu dickeren Strängen aufgewundene Faserproteine (Monomere parallel zu Dimeren, dann antiparallel zu Tetrameren, dann zu Filamennten-Netzen) (Stabilisierung der Zellform, der Kernlamina (Lamin-Netzwerk))
Dynamische (In)Stabilität von Cytoskelett-Elementen
gleichzeitige Bildung und Zerfall, Polymerisation/Depolymerisation durch Bindung und Hydrolyse von Nukleotiden (ATP bei Aktin, GTP bei Mikrotubuli), wachsen polar (nur an einem Ende)
Was ist “treadmilling” und wie wurde es herausgefunden?
auf der Stelle treten: radioaktiv markierte Moleküle, pulse-chase-Experimente: man kann zeigen, wie sich der markierte Bereich durch das Molekül bewegt
Wann sind Tubulin-Dimere am Wachsen von Mikrotubuli beteiligt?
wenn die GTP gebunden haben
Wann sind Tubulin-Dimere am Schrumpfen von Mikrotubuli beteiligt?
wenn sie GDP gebunden haben
Wie kann das Cytoskelett visualisiert werden?
Markierung mit floureszierenden Substanzen, die an polymerisiertes Aktin/Tubulin oder assoziierte Proteine binden (MAPs = Microtubuli Associated Proteins), transiente Expression von Fusionspräparaten (GFP-Derivate)
Was sind Protoplasten?
zellwandlose Pflanzenzelle ohne Polarität (isodiametrisch - in alle Richtungen annähernd gleich)
Welche Eigenschaften haben mor1-Mutanten und wo liegt die Mutation (Mikrofibrillen-Längen-Hypothese)?
extrem zwergwüchsig, weil Zellstreckung nicht funktioniert: MOR1 ist ein Mikrotubuli-assoziiertes Protein (MAP), sie haben fragmentierte Mikrotubuli, dadurch sind auch die Cellulosemoleküle fragmentiert und weniger kristallin, Wachstums-Anisotropie geht verloren
Wie funktioniert Organell-Verankerung?
Organellen mithilfe von Ankerproteinen an Cytoskelettfasern angeheftet/dirigiert
Wie wird Cytokinese (Zellbewegung) vermittelt?
Motorproteine vermitteln bei zellulären Bewegungen, bei Organellbewegung und Vesikel-Transport am Cytoskelett
Was sind Motorproteine?
Cytoskelett-assoziierte, mechano-chemische Enzyme, die chemische Energie (ATP, GTP) in mechanische Arbeit konvertieren
Welche Motorprotein-Superfamilien gibt es?
Dynein und Kinesin, Akto-Myosin
Wie funktionieren Dynein und Kinesin?
sie bewegen sich am Mikrotubuli fort: Kinesin zum Plusende, Dynein zum Minusende
Akto-Myosin-System bei Pflanzen (wie funktioniert es, wofür ist es wichtig)
Myson-Köpfe bewegen sich an Aktin-Filamenten entlang durch ATP-Spaltung
wichtig für: Zellform, Organell-Bewegungen (z.B. Chloroplasten), Vesikeltransport
Chloroplasten-Bewegungen
durch Akto-Myosin-System, Lichtvermeidung bei starkem Licht (Vermeidung von Schäden), maximale Lichtausbeute bei schwachem Licht
Polarer Transport (in Pflanzen bei Pollenschläuchen und Wurzelhaaren)
Einseitiges Zellwachstum als Resultat von gerichtetem Vesikeltransport (Vesikel an Aktin-Filamenten), einseitige Sekretion von Zellwandmaterial (v.a. Pektin) in die Spitzenregion
Was bestimmen periphere (cortikale) Mikrotubuli?
Wandtextur (Dehnungsrichtung), Zellstreckung, Orientierung von Zellteilungen (bilden den Phragmoplasten (neue Zellplatte, die von innen nach außen wächst) - geben die Lage der neuen Zellwand vor
Woher stammt das Material für die neue Zellwand?
Vom Golgi-Apparat
Wie wird die Mikrotubuli-Orientierung reguliert?
durch äußere Signale, die in zellulären Signalkaskaden münden (z.B. Ca-Einstrom, Aktivierung von Protein-Kinase-Kaskaden)
Was passiert, wenn man Arabidopsis-Keimen das gasförmige Phytohormon Ethylen zugibt?
Drehung der Mikrotubuli von Quer- in Längsrichtung (Zellen können sich nur noch isodiametrisch dehnen und bildet nur dicke, kurze Keimlinge)
Ethylen-insensitive Mutanten wachsen normal (Beispiel für Mutanten-Screening)
Wie wird Ethylen erkannt?
Ethylen-Rezeptor-Kinase
Modell der Mechano-Perzeption an der Zellwand
Cellulose-Mikrofibrillen der Zellwand stehen in Kontakt mit transmembranen Proteinen, die auf der Innenseite mit peripheren Mikrotubuli verbunden sind (Verformung löst mechanisch-vermittelte Reaktion (Ca-Einstrom) aus)
Funktionen des Cytoskeletts (zusammengefasst)
Kontrolle von Zellform, Zellbewegung, Zellorientierung, Vermittlung von gerichtetem Vesikel-Transport, Verankerung und Bewegung von Organellen, Vermittlung bei Mechano-Perzeption (Außenreize)
