Zusammenfassung: Pflanzenbiochemie

Die Zellwand verleiht der Pflanzenzelle mechanische Stabilität
Vakuolen haben vielfältige Funktionen
Plastiden stammen von Cyanobakterien ab
Auch Mitochondrien sind durch Endosymbiose entstanden
In den Peroxisomen laufen besondere Stoffwechselwege ab
Endoplasmatisches Reticulum und Golgi-Apparat bilden ein Netzwerk zur Verteilung von Biosyntheseprodukten
Aus Pflanzenzellen lassen sich funktionell intakte Zellorganellen gewinnen
Unterschiedliche Transportmechanismen vermitteln einen Stoffaustausch zwischen verschiedenen Stoffwechselräumen

Kapitel 2: Die Nutzung der Energie des Sonnenlichtes durch die Photosynthese ist die Grundlage für das Leben auf der Erde

Wie hat es mit der Photosynthese angefangen?
Die Energie des Sonnenlichtes wird durch Farbstoffe eingefangen
Die Absorption von Licht führt zur Anregung eines Chlorophyllmoleküls
Für das Einfangen von Licht ist eine Antenne erforderlich

Kapitel 3: Die Photosynthese ist ein Elektronentransportprozess

Photosyntheseapparate sind aus Modulen aufgebaut
Bei der Photosynthese entstehen ein Reduktionsmittel und ein Oxidationsmittel
Das Konstruktionsprinzip eines photosynthetischen Reaktionszentrums wurde durch Röntgenstrukturanalyse an Purpurbakterien aufgeklärt
Wie funktioniert das Reaktionszentrum?
Durch Photosystem II wird Wasser gespalten
Der Cytochrom-b₆/f-Komplex vermittelt den Elektronentransport zwischen Photosystem II und Photosystem I
Photosystem I reduziert NADP⁺
Regulationsvorgänge sorgen dafür, dass die eingefangenen Photonen zwischen den beiden Photosystemen verteilt werden

Kapitel 4: Bei der Photosynthese wird ATP erzeugt

Ein Protonengradient dient als energiereicher Zwischenzustand bei der ATP-Synthese
Entkoppler bewirken die Dissipation des elektrochemischen Protonengradienten in Wärme
H⁺-ATP-Synthasen in Bakterien, Chloroplasten und Mitochondrien besitzen eine einheitliche Grundstruktur
Die Synthese des ATP wird durch eine Konformationsänderung des Proteins bewirkt

Kapitel 5: Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zellen

Vor der biologischen Oxidation werden die Substrate in gebundenen Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegt
Zellatmung findet in den Mitochondrien statt
Die Substrate für die biologische Oxidation werden im Matrixraum fragmentiert
Wieviel Energie wird bei der Oxidation von NADH umgesetzt?
Die mitochondriale Atmungskette besitzt Gemeinsamkeiten mit der Elektronentransportkette der Photosynthese
Der Elektronentransport der Atmungskette ist über einen Protonentransport mit der ATP-Synthese gekoppelt
Mitochondrien aus Pflanzen haben spezielle Stoffwechselfunktionen
Die Kompartimentierung des mitochondrialen Stoffwechsels erfordert spezifische Membran-Translokatoren

Kapitel 6: Der Calvin-Cyclus ist Reaktionsweg für die photosynthetische CO₂-Assimilation

Die CO₂-Assimilation erfolgt durch die Dunkelreaktion der Photosynthese
Ribulosebisphosphat-Carboxylase katalysiert die Fixierung von CO₂
Die Reduktion von 3-Phosphoglycerat führt zu Triosephosphat
Aus Triosephosphat wird Ribulosebisphosphat regeneriert
Neben dem reduktiven Pentosephosphatweg gibt es auch einen oxidativen Pentosephosphatweg

Kapitel 7: Über den Photorespirationsweg wird das durch die Oxygenaseaktivität der RubisCO gebildete Phosphoglycolat recycelt

Durch das Recycling von 2-Phosphoglycolat wird Ribulose-1,5-bisphosphat zurückgewonnen
Das im Photorespirationsweg freigesetzte Ammonium-Ion wird mit hoher Effizienz refixiert
Für die Reduktion des Hydroxypyruvats müssen Peroxisomen von außen mit Reduktionsäquivalenten versorgt werden
Die peroxisomale Matrix ist ein spezielles Kompartiment für die Entsorgung toxischer Produkte
Wie hoch sind die Kosten der Ribulosebisphosphat-Oxygenase-Reaktion für die Pflanze?
Am Kompensationspunkt findet keine Netto-CO2-Fixierung statt
Der energieverbrauchende Photorespirationsweg kann für die Pflanze auch nützlich sein

Kapitel 8: Photosynthese ist mit Wasserverbrauch verbunden

Bei der Aufnahme von CO₂ in das Blatt geht Wasser aus dem Blatt in Form von Wasserdampf verloren
Diffusion von CO₂ in eine Pflanzenzelle
C₄-Pflanzen benötigen bei der CO₂ -Assimilierung weniger Wasser als C₃-Pflanzen
Durch den Crassulaceensäure-Stoffwechsel können viele Pflanzen auch noch bei sehr großem Wassermangel überleben

Kapitel 9: Polysaccharide sind Speicher- und Transportform der bei der Photosynthese gebildeten Kohlenhydrate

In Form von Stärke können in der Zelle sehr große Kohlenhydratmengen gespeichert werden
Die Saccharose wird im Cytosol synthetisiert
Die Verwertung des bei der Photosynthese gebildeten Triosephosphats muss strikt reguliert werden
In manchen Pflanzen erfolgt der Export der Assimilate aus den Blättern in Form von Zuckeralkoholen oder von Oligosacchariden der Raffinosefamilie
Fructane werden als Speichersubstanz in der Vakuole gelagert
Cellulose wird durch Enzyme der Plasmamembran synthetisiert

Kapitel 10: Die Assimilation von Nitrat wird zur Synthese von organischem Material benötigt

Die Reduktion des Nitrat zu NH₃ erfolgt in zwei Teilreaktionen
Die Nitratassimilation unterliegt einer strengen Kontrolle
Endprodukt der Nitratassimilation ist die ganze Palette der Aminosäuren
Glutamat ist Ausgangssubstanz für die Synthese von Chlorophyllen und Cytochromen

Kapitel 11: Durch N₂-Fixierung kann der Luftstickstoff für das Pflanzenwachstum genutzt werden

Leguminosen bilden eine Symbiose mit Knöllchenbakterien
Die N₂-Fixierung kann nur bei sehr niedrigen Sauerstoffkonzentrationen erfolgen
Die Energiekosten für die Nutzung des N2 als Stickstoffquelle sind höher als bei der Nutzung von NO₃^–
Pflanzen verbessern ihre Nährstoff-Versorgung durch die Symbiose mit Pilzen

Kapitel 12: Die Assimilation von Sulfat ermöglicht die Synthese schwefelhaltiger Verbindungen

Sulfatassimilation erfolgt durch Photosynthese
Glutathion dient der Zelle als Antioxidans und zur Entgiftung von Schadstoffen
Aus Cystein wird Methionin synthetisiert
Im Überschuss ist Schwefeldioxid für Pflanzen ein Schadstoff

Kapitel 13: Durch den Phloemtransport erreichen die Photoassimilate ihre Verbrauchsorte

Es gibt zwei Wege der Phloembeladung
Der Phloemtransport erfolgt durch einen Massenstrom
Durch Phloementladung werden Sink-Gewebe versorgt
Der Glykolyseweg hat eine zentrale Funktion bei der Verwertung der Kohlenhydrate

Kapitel 14: Produkte der Nitratassimilation werden in der Pflanze in Form von Protein gespeichert

Globuline sind die am weitesten verbreiteten Speicherproteine
Prolamine werden als Speicherproteine in Gräsern gebildet
2S-Proteine kommen in Samen dikotyler Pflanzen vor
Proteine schützen den Samen davor, von Tieren gefressen zu werden
Die Proteinsynthese der Speicherproteine erfolgt am rauhen endoplasmatischen Reticulum
Proteinasen mobilisieren die in den Speicherproteinen deponierten Aminosäuren

Kapitel 15: Lipide wirken als Membranbausteine und als Kohlenstoffspeicher

Polare Lipide sind wichtige Membranbausteine
Triacylglycerine sind Reservesubstanzen
Die Neusynthese von Fettsäuren erfolgt in Plastiden
Glycerin-3-phosphat ist Ausgangssubstrat für die Synthese von Glycerolipiden
Triacylglycerine werden in den Membranen des endoplasmatischen Reticulums gebildet

Kapitel 16: Spezialmetabolite erfüllen in Pflanzen spezielle ökologische Funktionen

Spezialmetabolite dienen oft dem Schutz gegen pathogene Mikroorganismen und Herbivoren
Die Stoffklasse der Alkaloide umfasst eine Vielfalt heterocyclischer Spezialmetabolite
Pflanzen setzen Blausäure frei, wenn sie von Tieren verletzt werden
Einige Pflanzen setzen bei Verletzung flüchtige Senföle frei
Pflanzen schützen sich vor Herbivoren durch ungewöhnliche Aminosäuren

Kapitel 17: Eine große Vielfalt von Isoprenoiden erfüllt sehr unterschiedliche Funktionen im Pflanzenstoffwechsel

Für die Bildung von Isoprenoiden gibt es in höheren Pflanzen zwei verschiedene Synthesewege
Vom Geranylpyrophosphat leiten sich viele Geruchsstoffe ab
Farnesylpyrophosphat ist Ausgangsverbindung für die Bildung von Sesquiterpenen
Geranylgeranylpyrophosphat ist Ausgangssubstanz für Abwehrsubstanzen, Phytohormone und Carotinoide
Viele Substanzen sind aufgrund einer Prenylkette in Membranen löslich
Die Regulation der Isoprenoidsynthese

Kapitel 18: Die Phenylpropanoide umfassen eine Vielfalt pflanzlicher Spezialmetabolite und Zellwandbestandteile

Die Phenylalanin-Ammoniak-Lyase und Monooxygenasen sind wichtige Enzyme des Phenylpropanstoffwechsels
Phenylpropane polymerisieren zu Makromolekülen
Für die Bildung von Flavonoiden und Stilbenen wird ein zweiter aromatischer Ring aus Acetatresten gebildet
Tannine binden fest an Proteine und haben dadurch Abwehrfunktionen

Kapitel 19: Vielfältige Signale koordinieren Wachstum und Entwicklung verschiedener Pflanzenorgane und bewirken deren Anpassung an unterschiedliche Umweltbedingungen

Signalketten und Netzwerke starten mit Rezeptoren
Phytohormone umfassen eine Vielfalt unterschiedlicher Substanzen
Peptide beeinflussen das Wachstum von Pflanzen
Abwehrreaktionen werden durch das Zusammenspiel vieler Signalsubstanzen ausgelöst
Lichtsensoren steuern die Entwicklung von Pflanzen

Kapitel 20: Eine Pflanzenzelle besitzt drei verschiedene Genome

Im Kern sind die Gene auf mehrere Chromosomen verteilt
Die DNA des Kerngenoms wird durch drei spezialisierte RNA-Polymerasen transkribiert
Der DNA-Polymorphismus liefert genetische Marker für die Pflanzenzüchtung
Springende Gene vagabundieren durch das Genom
Die meisten Pflanzenzellen enthalten Viren
Plastiden besitzen ein zirkuläres Genom
Das mitochondriale Genom von Pflanzen variiert stark in seiner Größe

Kapitel 21: Synthese, Prozessierung und Abbau von Proteinen in Pflanzen

Die Proteinsynthese erfolgt durch Ribosomen
Proteine erreichen durch eine kontrollierte Faltung ihre dreidimensionale Struktur
Kerncodierte Proteine werden auf verschiedene Zellkompartimente verteilt
Proteine werden in streng kontrollierter Weise durch Proteasomen abgebaut

Kapitel 22: Durch Gentechnik können Pflanzen den Bedürfnissen von Landwirtschaft, Ernährung und Industrie angepasst werden

Ein Gen wird isoliert
Agrobakterien können Pflanzenzellen transformieren
Die Auswahl von Promotoren erlaubt eine gezielte Expression eines eingeschleusten Gens
Durch Antisense und RNAi Technik können Gene ausgeschaltet werden
Für die pflanzliche Gentechnik bestehen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten

Zusammenfassung: Pflanzenbiochemie

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