C3-Pflanzen

Spaltöffnungen sind am Tag offen. Pflanze nimmt tagsüber CO2 auf. Bei Wassermangel gehen die Spaltöffnungen zu und es erfolgt eine Reduktion der Photosynthese (midday depression)

Wenn Spaltöffnungen offen sind: Gefahr des Verdurstens

Wenn Spaltöffnungen geschlossen sind: Gefahr des Verhungerns.

Nachts: Dunkelatmung

C4-Pflanzen

Mesophyllzellen (Lichtreaktion): Stehen in Kontakt mit derLuft. HCO3- (CO2) wird mit Phosphoenolpyruvat (PEP) zu Oxalacetat und mit NADPH+ H+ zu (L-)Malat reduziert.

Leitbündelscheidenzellen (Dunkelreaktion): In den Leitbündelscheidezellen wird Malat zu Pyruvat und CO2 oxidiert, welches dann normal im Calvin-Zyklus weiterverarbeitet wird.

CO2-Aufnahme und Calvin-Zyklus sind räumlich getrennt.

C4-Pflanzen haben einen günstigen Wasserhaushalt und können auch unter trockenen Bedingungen Photosynthese betreiben. Bsp. Mais

CAM-Pflanzen

CAM-Pflanzen sind gut an warmes, trockenes Klima angepasst. CO2 wird in der Nacht fixiert, d.h. die Spaltöffnungen sind nur nachts offen. CO2 wird nachts als Malat in den Vakuolen gespeichert. Tagsüber setzt Malat CO2 wieder frei und wird im Calvin-Zyklus weiterverarbeitet. CO2-Aufnahme und Calvin-Zyklus sind zeitlich getrennt.

CAM-Pflanzen haben eine gering Oberfläche und im Innern Wasserspeicherndes Gewebe (photosynthetisch nicht aktiv)-> geringe Wachstumsrate. Bsp. Kaktus, Ananas

Was ist Photorespiration?

In C3-Pflanzen: An heissen Tagen schliesst die Pflanze ihre Spaltöffnungen. Pflanze nimmt kein CO2 auf, CO2 gehalt im Blatt sinkt, O2 Konzentration steigt. Rubisco im Calvin-Zyklus nimmt statt CO2 O2 auf und bildet ein C2, welches aus dem Chloroplast exportiert wird. Mitochondrien und Peroxisome spalten dann das C2 zu CO2.

Die Photorespiration produziert kein ATP und reduziert den Photosyntheseoutput indem es Rubisco aus dem Calvin-Zyklus entfernt.

Vergleiche die Blattanatomie von C3- und C4-Pflanzen

C3: Schichtentyp

C4: Kranztyp: Leitbündelscheidezellen sind um Leitbündel angeordnet. Zwischen Leitbündelscheidezellen und Blattoberfläche sind die Mesophyllzellen. Calvin-Zyklus findet in den Leitbündelscheidezellen statt.

Was ist der CO2-Kompensationspunkt?

Bin nicht ganz sicher, komme bei meinen Notizen nicht mehr ganz draus

Vergleich Wasser- und Kohlenstoffökonomie, sowie Photosyntheseleistungen von C3-, C4- und CAM- Pflanzen.

	C3	C4	CAM
Transpirationsquotient (g H2O/g gebundenes C)	Hoch 450-950	Niedrig 250-350	Sehr niedrig 18-100
Maximale Wachstumsrate (g Trockenmasse/m2 Blattfläche und Tag)	Mittel 50-200	Hoch 400-500	Sehr niedrig 1.5-1.8
Maximale Photosyntheserate (mg CO2/m^2 Blattfl. und s.)	Niedrig 0.4-1.1	Hoch 1.1-2.2	Sehr tief 0.03-0.36
Lichtsättigung (W/m^2)	Niedrig =200	Hoch 400-600	
Photorespiration	Ja (bis 30%)	Nein	
Temp.optimum	10-25°C	30-45°C	

Primärstoffwechsel

Primärstoffwechsel ist:

Universal (Bakterien, Mensch,…)

Uniform

Konservativ (was sich etabliert hat bleibt erhalten)

Unentbehrlich für Überleben der Zelle

Zum Primärstoffwechsel gehören Citrate-Zyklus und Photosynthese, sowie Pyrimidin- und Purinstoffwechsel, AS-stoffwechsel und Zuckerstoffwechsel. Daraus werden fundamentale Polymere (Nukleinsäuren, Proteine, Polysaccharide, Fettsäuren) und sekundäre Pflanzenstoffe gebildet

Sekundärstoffwechsel

Sekundärstoffwechsel :

Beschränkte Verbreitung (nur in best. Arten, untersch. Ökotypen, Familien)

Divers (1000de von Verbindungen mit Variationen, „luxuriöser Stoffwechsel“)

Adaptiv (muss nicht ausgeprägt sein, kommt zum Zug wenn er gebraucht wird, Bsp. Verteidigung)

Entbehrlich für Wachstum und Entwicklung, unentbehrlich für das Überleben im Ökosystem

Im Sekundärstoffwechsel werden sekundäre Pflanzenstoffe oder pflanzliche Naturstoffe gebildet (Terpene, N-haltige Verbindungen, phenolische Verbindungen). Pflanzen bilden sekundäre Pflanzenstoffe nicht, weil sie Spass an der Chemie haben, sonder weil sie für das Überleben wichtig sind.

Welche Pflanzeninhaltsstoffe gibt es?

Phenolische Verbindungen:

Einfache Phenole (antimikrobiell);

Flavonoide (häufig farbig),

Chinone (farbig)

Terpene:

Monoterpene (angenehmer Geruch);

Sesquiterpenlactone (bitter, einige toxisch, allergen);

Diterpene (einige toxisch);

Carotinoide (farbig)

N-haltige Verbindungen:

Alkaloide (toxisch, bitter);

Amine (unangenehmer Geruch);

nicht proteinogene Aminosäuren (häufig toxisch)

Welche Arten von Glucose gibt es und was wird aus ihnen gebildet?

Am C1 der Glucose können OH und H vertauscht sein:

OH oben, H unten-> α-Konfiguration

H oben, OH unten -> β-Konfiguration

Aus Glucosemolekülen (Monosaccharid) können Polysaccharide gebildet werden, diese sind wichtig für Energiespeicherung und Strukturerhaltung:

Stärke: 1->4 alpha-D-Glucan, Nährstoffspeicherung in Pflanzen, kann von Menschen verdaut werden.

Cellulose: 1->4 beta-D-Glucan, bildet lange Ketten, wichtig für Pflanzenstruktur, kann von Säugetieren nicht verdaut werden da kein Cellulase vorhanden

Was ist Cellulose und wie ist Cellulose in die Zellwand eingebaut?

Cellulose besteht aus 1->4 β verbundenen D-Glucose Einheiten, die jeweils um 180° gegeneinander verdreht sind. Diese 1->4 β-D-Glucanketten sind in Micellen zusammengefasst. Micellen stabilisieren durch intramolekulare H-Brücken die linearen Glucanketten, intermolekulare H-Brücken bilden dreidimensionale Kristallstrukturen. Zwischen den Micellen gibt es immer wieder amorphe Regionen, wo die Glucanketten nicht zu Micellen zusammengefasst sind.

Alle Glucanketten zusammen ergeben die Cellulose-mikrofibrillen. Die Cellulose-mikrofibrillen sind der Zellwand eingebettet und stabilisieren diese. Cellulose ist Zugfest.

Beschreibe die Biosynthese von Cellulose

Die Cellulosesynthese findet an der Aussenseite der Plasmamembran in hexagonal angeordneten Proteinkomplexen statt (Rosetten). Andere, an der Biosynthese beteiligten Zellwandpolymere –Hemicellulosen, Pectine, Proteine- werden via Golgi-Apparat nach aussen transportiert. An der Innenseite der Plasmamembran sind Mikrotubuli befestigt, die Rosetten bewegen sich entlang diesen und bilden so lange Cellulose-mikrofibrillen.

Anordnung der Cellulose-mikrofibrillen: Parallelstruktur oder Streustruktur (Pflanze kann noch wachsen)

Die Cellulosesynthase benötigt eine aktivierte Glucose als Substrat, Uridindiphosphoglucose UDPG

Uracil-Ribose-P-P-Glucose

Was ist Lignin?

Lignin ist aus phenolischen Verbindungen entstanden, Grenzstellung zwischen fundamentalen Polymeren und pflanzlichen Naturstoffen.

Lignin ist druckfest und stützt das Gewebe. Es wird durch radikalische Polymerisation von 3 verschidenen Phenylpropanoiden:

p-Cumarylalkohol (bei Monokotyledonen)

Coniferylalkohol (bei Gymno- und Angiospermen)

Sinapylalkohol (bei Angiospermen)

Lignin färbt sich mit Phloroglycin und Salzsäure rot

Weissfäule: weiss = Cellulose, Pilz baut Lignin ab

Rotfäule: rot = Lignin, Pilz baut Cellulose ab

Wieso kommt Lignin in Landpflanzen vor?

Landpflanzen brauchen eine druckfeste Substanz in der Zellwand um ihre Masse zu tragen (Stützgewebe) und um die Wasserleitenden Röhren (tote Gefässe) vor dem Kollaps zu schützen; sie müssen dem Turgor der benachbarten lebenden Zellen und dem Transpirationssog standhalten

Was ist Suberin?

Suberin ist ein Mischpolimerisat von Phenylpropanen und langkettigen Fettsäuren (Hydroxyfettsäuren), wird für Abschlussgewebe verwendet (z.B. Kork).

Was ist Cutin?

Cutin besteht aus langkettign Fettsäuren (Hydroxyfettsäuren), ist in der Cuticula von pflanzen vorhanden

Was sind Terpene?

Terpene sind Isoprenoide, sie bestehen aus einem Vielfachen von Isopren (C5)

Monoterpene (2*C5): in ätherischen Ölen (Menthol) und Harz (Pinen)

Sesquiterpene (3*C5): Frassabwehrstoffe

Diterpene (4*C5): Pflanzenhormone, Gifte

Triterpene (6*C5): Sterole, Limonoide

Tetraterpene (8*C5): Pigmente (Carotinoide)

Polyterpene(n*C5): Kautschuk, Guttapercha

Wie werden Terpene auf dem Acetat-Mevalonat-Weg synthetisiert?

Acetat-Mevalonat-Weg (klassisch, cytoplasmatisch):

3 Acetyl-Co-A Moleküle werden verknüpft und reduziert, es entsteht Mevalonsäure. Mevalonsäure wird mit 3 ATP zu Isopentenyl-diphosphat IPP

CH2-O-P-P

IPP-Einheiten können unter Abspaltung von P-Pi addiert werden:

2*C5 ->Geranyldiphosphat ->Monoterpene

3*C5 ->Farnesyldiphosphat ->Sesquiterpene, Triterpene

4*C5 ->Geranylgeranyldiphosphat ->Diterpene, Tetraterpene

Wie werden Terpene auf dem MEP-(DOXP)-Weg synthetisiert?

MEP-(DOXP)-Weg (alternativ, plastidiär):

Glycerinaldehyd 3-Phosphat und decarboxyliertes Pyruvat werden zu Methylerythritolphosphat (MEP). Diese Reaktionsfolgen sind noch nicht ganz geklärt. MEP wird durch weitere Reaktionsschritte zu IPP und zu Dimethylallyldiphosphat DMAPP

CH2-O-P-P	CH2-O-P-P

DMAPP	IPP

DMAPP kann unter Abspaltung von P-Pi addiert werden.

Was ist Kautschuk und wie wird es hergestellt?

Kautschuk besteht aus dem Milchsaft (Latex) von Hevea brasiliensis. Der Milchsaft befindet sich in Milchröhren (Laticefer), die sich im inneren Borkenbereich befinden. Kautschuk ist ein all-cis Polymer, es ist elastisch dehnbar. Kautschuk wird durch vulkanisieren (versetzen mit S oder S-Verbindung) zu Gummi, welches nicht mehr klebrig ist. (Erfinder: Goodyear)

Ersatzkautschuk: Parthemium (Guayule) USA; Taraxacum USSR

Guttapercha: ähnlich wie Kautschuk aber all-trans Polymer

Chicle: Kaugummi, cis und trans, plastisch dehnbar

Was sind Alkaloide?

Alkaloide sind basische Pflanzenstoffe mit vorwiegend heterozyklisch eingebautem Stickstoff und potentiell starken Wirkungen auf Bereiche des Nervensystems. Sie kommen in höheren Pflanzen vor (konzentriert in bestimmten Familien, z.B. Solanaceae, Papaveraceae, wenig in Familien, die ätherische Öle bilden z.B. Labiatae)

Bsp: Nicotin, Cocain, Chinin, Morphin, Coffein

Es gibt aber auch nicht-pflanzliche Glykoside, z.B. LSD, Kugelfischgift (Fugu)

Woher stammt der N in Alkaloiden?

N stammt in der Regel aus Aminosäuren:

Tyrosin

Phenylalanin	aromatische AS

Tryptophan

Lysin

Ornithin

Nicotinsäure	nicht proteinogen

Wie wirkt Blausäure (Cyanid)?

Cyanid (wie Kohlenmonoxid CO und Azid N3-) ist ein Atemgift, es setzt sich auf dem Häm fest und hemmt die Cytochromoxidase in den Mitochondrien

Welche Alkaloide kommen im Schlafmohn (Papaver somniferum) vor?

Codein, Morphin, aus Morphin kann durch Acetylierung Heroin gebildet werden.

Was sind Glucosinolate?

Glucosinolate sind Senfölglycoside, für den Mensche schädliche Pflanzeninhaltsstoffe. Sie kommen in Brassicaceae und Capparaceae vor.

Bsp: CH-Raps (00-Raps) wurde entgiftet, d.h. Glucosinolat-Gehalt und Erucasäuregehalt in den Samen wurde reduziert. Dies ermöglicht die Verfütterung von Raps.

Was sind Flavonoide?

Grundgerüst:

Zu den Flavonoiden gehören viele Frassgifte, Phytoalexine, Signalsubstanzen und Schirmpigmente.

Wie werden Flavonoide gebildet?

Flavonoidsynthese: Aus p-Cumaroyl-coA wird mit 3 Malonyl-Coa Chalkon. Chalkone werdenzu Flavonen, wichtige Ausgangsstoffe anderer Flavonoiden, wie z.B. Isoflavone und Flavone

Was sind Anthocyane?

Anthocyane sind Blütenfarbstoffe und dienen dem Lichtschutz von Pflanzen. Anthocyane sind wasserlösliche Glykoside.

Grundgerüst:

Substituenten am aromatischen Ring beeinflussen die Farbe der Pigmente (Bsp: Pelargonidin orangerot, Delphinidinpurpur, Malvidin rotviolett)

Was sind Tannine und welche Arten von Tanninen gibt es?

Tannine sind pflanzliche Polyphenole, die als Gerbstoffe verwendet werden.

Kondensierte Tannine: Flavonoidpolymerisate

Hydrolisierbare Tannine: bestehen aus einfachen Zuckern und phenolischen Säuren (Gallussäuren)

Wie wirken Tannine?

Tannine bilden H-Brücken zwischen den Phenolgruppen und den peptidischen NH-Gruppen. Proteine sind dann so fest gebunden, dass sie nicht durch Verdauungsenzyme gespalten werden können. Beim Gerben nützt man diese eigenschaft aus, Tannine binden an das Kollagen der Tierhäute und verhindert so, dass das Leder von Mikroorganismen angegriffen wird Tannine wirken ebenfalls als Frassschutz. Beim Verzehr binden sich die Tannine an die Proteine der Schleimhäute. Tannine binden ebenfalls an Pflanzenproteine und machen damit die Pflanzen als Nahrung unbrauchbar.

Frage Biochemie Teil Amrhein	ETH D-UWIS 2005 Biochemie Seite 61

Antwort Biochemie Teil Amrhein	ETH D-UWIS 2005 Biochemie Seite 61

Teil Amrhein

Kärtchen Prüfung 2005

baumgaca

2005-03-02T19:05:00