Pflanzenphysiologie 2

◦ Kalium ist eines der häufigsten Kationen in Pflanzen

◦ Kalium ist ein mobiler Nährstoff

◦ Kalium spielt eine wichtige Rolle bei der Regulation des osmotischen Potentials (Stomata)

◦ Kalium zählt zu den Makronährstoffen

◦ Kalium wird an der Oberfläche der Bodenkolloide gebunden

◦ Bodenpartikel haben eine negativ geladene Oberfläche

◦ Bodenpartikel wirken als Kationenaustauscher

◦ Kolloide = fein verteilte Partikel (Humus oder Ton), anorganisch und organisch

◦ Die Größe der Bodenpartikel beeinflusst die Wasserbindekapazität des Bodens

◦ je kleiner die Bodenpartikel, umso größer ist deren Gesamtoberfläche und die Menge an gebundenem Wasser

◦ Boden besteht aus festen, flüssigen und gasförmigen Phasen

◦ Eisen

◦ Bor

◦ Kupfer

◦ Calcium

◦ Schwefel

◦ Noduline

◦ Lipooligosaccharide / nod-Faktoren

◦ Flavonoide

◦ Plastocyanin ist ein Kupfer-bindendes Protein, das im Thylakoidlumen lokalisiert ist

◦ Am Cytochrom b6f-Komplex werden Elektronen vom Plastohydrochinon über Cytochrom f auf Plastocyanin übertragen

◦ Photosystem I und Photosystem II sind ungleichmäßig zwischen den gestapelten und ungestapelten Bereichen der Thylakoidmembran verteilt

◦ Am Elektronentransfer von Wasser (an PS II) zu Ferredoxin ( an PS I) sind Cytochrome und Eisen-Schwefel-Cluster beteiligt

◦ Der Cytochrom b6f-Komplex ist als Dimer organisiert und überträgt Elektronen von Plastohydrochinon über Cytochrom f auf Plastocyanin

◦ Ferredoxin ist ein 2Fe-2S-Protein und im Chloroplastenstroma lokalisiert.

◦ Der photosynthetische Elektronentransport dient der Bereitstellung von ATP und NADPH für den Calvin-Zyklus

◦ Bei der Photosynthese wird Lichtenergie in Redoxenergie umgewandelt

◦ Chlorophylle absorbieren blaues (420-450 nm) und rotes (640-680 nm) Licht

◦ Die Photosynthesepigmente (Chlorophylle und Carotinoide) sind überwiegend mit Proteinen assoziiert und liegen nicht frei in der Membran vor

◦ Die Oxidation von Wasser an Photosystem II

◦ Die Reduktion von Plastochinon an Photosystem II

° Cyt f

◦ Cyt b

◦ Plastochinon

◦ Plastocyanin

◦ Fe-S-Zentren

◦ Häme

◦ Ferredoxin

◦ Der ET kann zur Wärmeerzeugung genutzt werden

◦ Der ET besitzt eine generelle Funktion in Stresssituationen

◦ Der ET dient der Aufrechterhaltung des Kohlenstoffflusses durch Citratzyklus und Glycolyse

◦ Der ET dient der Reoxidation überschüssiger Reduktionsäquivalente

◦ Violaxanthin

◦ ß-Carotin

◦ Chlorophyll

◦ Phaeophytin

◦ Xanthophylle

◦ Wasser wird im Lumen der Thylakoide an Photosystem II oxidiert

◦ Wasser dient als Elektronen-Donor für Photosystem II

◦ Im Wasser-Wasser-Zyklus werden Elektronen, die aus der Wasseroxidation stammen letztendlich wieder zur Bildung von Wasser genutzt

◦ Für die Photosynthese wird überwiegend blaues (420-450 nm) und rotes (640-680 nm) Licht benutzt

◦ Der Cytochrom b6f Komplex ist als Dimer organisiert

◦ Photosystem I und Photosystem II sind heterogen in der Thylakoidmembran verteilt (PS I überwiegend in den Stromalamellen, PS II in den Granastapeln)

◦ Resonanztransfer

◦ Chlorophyll

◦ Zur abgewogenen Menge wird soviel Wasser hinzugegeben, dass sich ein

Gesamtvolumen von genau 100 ml ergibt

◦ Zur Herstellung der Lösung müssen 0,05844g NaCl verwendet werden

◦ Lösung A enthält 5% NaCl-Lösung und 5% MgSO4

◦ Lösung A enthält 50g NaCl

◦ Die NaCl Konzentration von Lösung A beträgt etwa 0,85 mol/l

◦ Lösung A enthält 2% NaCl und 8% MgSO4

◦ Lösung A enthält 10g NaCl

◦ Die NaCl Konzentration von Lösung A ist etwa 0,34mol/L

◦ Der Osmotische Druck einer Lösung ergibt sich aus dem Wanddruck des Innenraums

◦ Den osmotischen Druck einer Lösung bestimmt man aus dem hydrostatischen

Gegendruck

◦ Der osmotische Druck einer Lösung lässt sich mit Hilfe des Osmometers grundsätzlich

bestimmen

◦ die Substratkonzentration, bei der die Umsatzgeschwindigkeit die Hälfte ihres

maximalen Wertes erreicht (die M-M-Konst. Ist eine Substratkonzentration)

◦ Sulfatassimilation : Chloroplasten

◦ Glykolyse : Cytosol

◦ Glyoxylatzyklus : Glyoxysom (spezielles Peroxisom) und Cytosol

◦ Citratzyklus :  Mitochondrienmatrix

◦ oxidat. Pentosephosphatweg : Cytosol, Chloroplasten

◦ Photorespiration : Chloroplast, Peroxisom, Mitochondrium

◦ ATP-Synthese : Mitochondrienmembran (Eukaryoten)+Thylakoide (Pflanzen)

◦ Calvinzyklus :  Chloroplasten

◦ Nitratassimilation Cytosol, Chloroplasten

◦ ß-Oxidation der Fettsäuren Peroxisom

◦ Fettsäuresynthese Chloroplasten

◦ Es dient als Elektronenakzeptor an Photosystem I

▪ Pflanzliche Membranen enthalten überwiegend Fettsäuren mit einer Kettenlänge von

16 und 18 C-Atomen

▪ Ausgangssubstrat der Fettsäuresynthese ist Acetyl-CoA

▪ Die Membranen der Chloroplasten sind überwiegend aus Glycolipiden aufgebaut

▪ Die Fettsäuresynthese benötigt ATP und NADPH

▪ gesättigte Fettsäuren haben einen höheren Schmelzpunkt als ungesättigte Fettsäuren

◦ Die Triebkraft für die ATP-Synthese ist die sog. Protonenmotorische Kraft und setzt sich

zusammen aus dem transmembranen elektrischen Feld und dem pH-Gradienten

◦ ATP kann auch im Dunkeln von isolierten Thylakoidmembranen synthetisiert, wenn ein

künstlicher Protonengradient über der Membran erzeugt wird

◦ Eine hohe Rate der ATP-Synthese beschleunigt den photosynthetischen

Elektronentransport

◦ Die Triebkraft der ATP-Synthese setzt sich aus einem chemischen und einem

elektrischen Potential über der Thylakoidmembran zusammen.

◦ Die Aktivierung von 3-Phospoglycerat erfolgt unter Verbrauch von ATP

◦ Die Reaktionen des CZ laufen im Chloroplastenstroma ab

◦ Fruktose-1,6-biphosphat ist ein Intermediat des Calvin-Zyklus

◦ Der Calvin-Zyklus wird durch das Thioredoxin-System reguliert

◦ Sedoheptulose- 1,7-biphosphat ist ein Intermediat des regenerativen Teils des Calvin-

Zyklus

◦ Einige der am Calvin-Zyklus beteiligten Enzyme werden durch das Thioredoxin-System

im Licht aktiviert

◦ Das fixierte und reduzierte CO2 wird in Form von Triosephosphat exportiert

◦ Die Reaktionen des Calvin-Zyklus laufen in Chloroplasten ab

◦ Die Reduktion von 1 Mol CO2 zu 1Mol Triosephosphat benötigt 3 Mol ATP und 2 Mol

NADPH

◦ Die Aktivierung von 3-Phospoglycerat erfolgt unter Verbrauch von ATP

◦ Die Reaktionen laufen im Chloroplasten ab

◦ Rubisco macht einen Großen Teil der Gesamten Blattproteine aus

◦ Rubisco ist im Chloroplasten lokalisiert

◦ Rubisco kann neben CO2 auch O2 als Substrat verwenden

◦ Rubisco kann neben CO2 auch O2 binden

◦ Rubisco wird durch CO2 und Mg2+ aktiviert

◦ Rubisco wird durch O2 inhibiert

◦ Rubisco benötigt kein ATP

◦ C4 Pflanzen sind gegenüber C3 Pflanzen an sonnigen, warmen Standorten im Vorteil

◦ C4 Pflanzen haben eine bessere Wasserbilanz (d.h. Weniger Wasserverlust pro fixiertem

CO2) als C3 Pflanzen

◦ Die Fixierung von 1 Mol CO2 durch C4 Pflanzen kostet 2 Mol ATP mehr als in C3

Pflanzen

◦ C4 Pflanzen haben einen niedrigeren CO2-Kompensationspunkt als C3 Pflanzen

◦ C4 Pflanzen zeigen eine deutlich geringere Temperatur-Abhängigkeit der Rate der CO2

Assimilation als C3 Pflanzen

◦ Die C4 Photosynthese stellt eine Anpassung der Pflanze an warme, trockene und sonnige

Standorte dar. C4-Pflanzen sind daher an solchen Standorten den C3 Pflanzen überlegen

◦ C4 Pflanzen haben einen Chloroplastendimorphismus

◦ In C4-Pflanzen ist Oxalacetat das erste CO2-Fixierungsprodukt

◦ Die Umwandlung von Phosphoenolpyruvat zu Oxalacetat findet bei allen C4 Pflanzen

im Cytosol statt

◦ Die Umwandlung von Oxalacetat zu Malat findet bei allen C4 Pflanzen im

Mitochondrium statt

◦ Die Fixierung von 1 Mol CO2 durch C4 Pflanzen kostet 5 Mol ATP (und 2 Mol

NADPH) Die Fixierung von 1 Mol CO2 durch C4 Pflanzen kostet 2Mol ATP mehr als in

C3-Pflanzen

◦ Im Vergleich mit der RubisCO besitzt die PEPCO einen niedrigeren Km Wert für CO2

und zeigt keine Nebenreaktion mit O2

◦ Der bei der C4 Photosynthese gebildete C4 Körper wird in die Bündelscheidenzellen

transportiert und kann dort je nach Pflanzentyp durch ein Malatenzym oder die PEP

Carboxykinase decarboxyliert werden

◦ Bei C4 Pflanzen findet die Vorfixierung des CO2 durch die

Phosphoenolpyruvatcarboxylase in den Mesophyllzellen und die endgültige Fixierung

im Calvin-Zyklus durch die RubisCO in den Bündelscheidenzellen statt

◦ Die Evolution der C4-Photosynthese erfolgte unter Bedingungen, unter denen keine

Photorespiration möglich war

◦ In Chloroplasten der BSZ gibt es kein oder nur wenig Photosystem II

◦ Der Calvinzyklus läuft nur in BSZ statt

◦ Die CO2 Konzentration in BSZ ist höher als in MZ (Mesophyllzellen)

◦ Der Glyoxylatzyklus ermöglicht die Umwandlung von Lipiden in Kohlenhydrate

◦ Im Glyoxylatzyklus wird Isocitrat durch die Isocitrat-Lyase zu Succinat und Glyoxylat

gespalten

◦ Die Saccharose Synthese findet im Cytoplasma statt

◦ Saccharose wird aus Saccharose-Phosphat gebildet

◦ UDP-Glucose und Glucose-1-phosphat sind Vorstufen von Saccharose

◦ Die Saccharose-Synthese ist über Triosephosphat mit der Stärkesynthese gekoppelt

◦ In pflanzlichen Mitochondrien kann Malat durch das Malatenzym direkt zu Pyruvat

umgesetzt werden

◦ pflanzliche Mitochondrien besitzen eine alternative Elektronentransportkette, über die

Elektronen auf O2 übertragen werden können ohne dabei einen H+ Gradienten

aufzubauen, und die somit unabhängig von der ATP-Synthese arbeiten können

◦ Alle Schritte der Glycolyse finden im Cytosol statt

◦ unter anaeroben Bedingungen können Pflanzen auch alkoholische Gärung durchführen

◦ die Photorespiration beruht auf der Oxygenase-Funktion der RubisCO

◦ In den Mitochondrien findet die Umwandlung von Glycin zu Serin statt

◦ Die Photorespiration wird durch Erhöhung der CO2 Konzentration vermindert

◦ In den Peroxysomen wird Serin zu Glycerat umgewandelt

◦ bei der Photorespiration wird CO2 produziert und O2 verbraucht

◦ In den Peroxysomen wird Glycolat zu Glyoxylat umgewandelt, wobei H2O2 entsteht

◦ Der Extinktionskoeffizient bei 530 nm beträgt 2 cm²/μmol

◦ Der Extinktionskoeffizient bei 530 nm ist größer als der bei 610 nm

◦ Die Konzentration der Substanz A beträgt 0,5mM

◦ Bei Messung in einer Küvette mit 2 cm Schichtdicke wäre eine Extinktion von 0,8 zu

erwarten

E = epsilon * c * d

◦ 2,5μM