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Abschnitt 1 (Paulsen): Grundlagen der Physiologie

Inhalt in Konzepten

Wasser

• Pflanzen brauchen Wasser zum Leben.
• Wasser wird hauptsächlich über die Wurzeln aufgenommen.
• Das Wasserpotential gibt die Richtung an für den Wasserfluss.
• Wasser wird über Gefäße des Xylems zu den Blättern transportiert.
• Transpiration geschieht hauptsächlich über die Spaltöffnungen.
• Transpirationssog, Wurzeldruck und Kapillarkräfte treiben Wassertransport

Membranen

• Membranen enthalten Phospho- und Glykolipide.
• Proteine sind in der Membran lateral beweglich.
• Membrangebunde Kohlenhydrate sind für die Zell-Zell-Erkennung wichtig.

Diffusion, Osmose

• Gelöste Stoffe diffundieren entlang einem Konzentrationsgefälle.
• Aquaporine ermöglichen die Diffusion von Wasser durch Membranen.
• Osmose setzt eine semipermeable Membran und Konzentrationsunterschiede voraus.
• Die osmotische Zustandsgleichung gibt die Richtung osmotischer Wasserdiffusion an.
• Der osmotisch erzeugte Zell-Turgor gibt Pflanzenzellen ihre Gestalt.

Membrantransport

• Poren, Kanal- und Transport-Proteine ermöglichen die Diffusion durch Membranen.
• Aktiver Transport entgegen einem Konzentrationsgefälle erfordert Energie.
• Sekundär-aktiver Transport wird durch Sym- oder Antiport ermöglicht.
• Durch Endo- oder Exocytose können größere Partikel die Membran passieren.

Transpiration und Transport

• Osmotisch erzeugter Wurzeldruck ist für den Xylemtransport mitverantwortlich.
• CO₂-Aufnahme und Wasserverlust werden beide durch Stellung der Stomata reguliert.
• Die Spaltöffnung wird durch Turgorbewegung der Schließzellen verändert.
• Die Stellung der Spalte wird unter anderem durch Umweltfaktoren reguliert.
• Der Xylemtransport liefert Wasser für den Assimilattransport im Phloem.

Mineralstoffe

• Bei der Düngung wird der Boden mit Mineralstoffen angereichert.
• Makro- und Mikro-Elemente werden in größerer bzw. kleinerer Menge benötigt.
• Mangelerscheinungen zeigen Unterversorgung mit essentiellen Mineralstoffen an.
• Die meisten Mineralstoffe werden durch (sekundär-)aktiven Transport aufgenommen.
• Durch Ansäuerung des Bodens im Wurzelraum werden Kationen mobilisiert.
• Mineralstoffe werden bis zum Caspary-Streifen apo- oder symplastisch transportiert.
• Das Xylem transportiert Mineralstoffe von der Wurzel zu anderen Pflanzenorganen.

Stickstoff-Stoffwechsel

• Mineralischer Stickstoff ist häufig wachstumsbegrenzend.
• Nur mithilfe stickstofffixierende Bakterien können Pflanzen Luftstickstoff nutzen.
• Nitrat wird über Nitrit zu Ammonium reduziert.
• Giftiges Ammonium wird durch die Glutamin-Synthetase in Aminosäuren gebunden.
• Transaminasen übertragen Stickstoff von Aminosäuren auf α-Ketosäuren.

Proteine

• Pflanzliche Proteinbiosynthese erfolgt in 3 Kompartimenten.
• Aminosäuren werden über eine Peptidbindung miteinander verknüpft.
• Die Proteinstruktur kann auf 4 Ebenen beschrieben werden.
• Proteinstrukturen werden in verschiedenen Modellen dargestellt.
• Enzyme wirken als Katalysatoren.
• Die Michaelis-Menten-Kinetik beschreibt spezifische Enzymeigenschaften.
• Die Enzymaktivität ist pH- und temperaturabhängig.
• Enzyme werden durch andere Moleküle reguliert.
• Pflanzensamen enthalten häufig Speicherproteine.

Kohlenhydrate

• Glucose als wichtiges Monosaccharid ist reduzierend und optisch aktiv.
• Kohlenhydrate werden hauptsächlich als Stärke gespeichert.
• Cellulose ist das häufigste Kohlenhydrat auf der Erde.
• Das Disaccharid Saccharose ist eine wichtige Transportform der Kohlenhydrate.

Lipide

• Alle Phospho- und Glykolipide enthalten Glycerin und Fettsäuren.
• Fette bestehen aus Glycerin mit 3 Fettsäuren.
• Wachse bestehen aus einer Fettsäure und einem langkettigen Alkohol.
• Fettsäuren werden in Plastiden synthetisiert.

Lignin

• Lignin stabilisiert die Sekundärwand der Zellwände.
• Lignin ist der Hauptbestandteil von Holz.
• Grundbaustein des Lignins ist ein Phenolderivat.

Sekundärmetabolite oder Naturstoffe

• Sekundärmetabolite dienen häufig als Lockstoffe oder der Pathogenabwehr.
• Hauptgruppen der Sekundärmetabolite sind Alkaloide, Terpenoide und Phenole.
• Cyanogene Glykoside und Senfölglykoside sind wirksame Abwehrstoffe.

 

Abschnitt 2 (Paulsen): Photosynthese und Atmung

Inhalt in Konzepten

Grundlagen der Photosynthese

• Photosynthese ist die Umkehrung der Verbrennung.
• Photosynthese bildet unsere Lebensgrundlage.
• Die Photosynthese treibt globale Zyklen und lokale Stoffströme an.
• Die Photosynthese ist aufgeteilt in lichtabhängige und lichtunabhängige Reaktionen.

Photosynthese findet in Chloroplasten statt

• Die Plastiden stellen eine Familie von Organellen dar.
• Nur ein Teil der Plastidenproteine sind auf dem Plastom kodiert.
• Plastiden sind durch primäre und sekundäre Endocytobiose entstanden.

Lichtabhängige Reaktion

• Pigmente in U-förmiger Anordnung betreiben photosynthetische Ladungstrennung.
• elektronisch angeregtes Chlorophyll wird zu einem Elektronen-Donator.
• Redoxreaktionen sind Elektronen-Austausch-Reaktionen.
• Im Mangankomplex werden Elektronen aus Wasser extrahiert.
• In einer Elektronentransportkette werden Elektronen auf NADP⁺ übertragen.
• Mit der Hill-Reaktion misst man die lichtabhängige Photosynthesereaktion.
• Die Elektronentransportkette treibt ATP-Synthese an.
• ATP kann auch durch zyklischen Elektronentransport erzeugt werden.
• Lichtsammelkomplexe erhöhen die Effizienz der Photosynthese.
• Carotinoide entschärfen potentiell gefährliche Formen von Chlorophyll und O₂.
• Der Xanthophyllzyklus schaltet von Lichtsammlung auf Energiedissipation um.
• „State Transitions“ regulieren den Energiefluss durch PSII und PSI.
• Die Mehler-Reaktion ist ein Notventil bei Elektronenrückstau.

Lichtunabhängige Reaktion

• Im Calvin-Zyklus wird CO₂ in Zucker eingebaut.
• Die wichtigste Speicherform für Kohlenhydrate ist Stärke.
• Die Stärke- und Saccharosesynthese müssen ausbalanciert werden.
• Die Photorespiration ist eine energieverschwendende, aber nützliche Seitenreaktion.
• C₄- und CAM-Stoffwechsel vermeiden die Photorespiration.

Weitere Photosyntheseleistungen

• Die Nitrat-Assimilation ist eine Photosyntheseleistung.
• Reduktionsäquivalente können aus dem Chloroplasten exportiert werden.
• Der oxidative Pentosephosphatweg erzeugt Reduktionsäquivalente in Leukoplasten.
• Die Fettsäurebiosynthese findet in Chloroplasten statt.

Begrenzende Faktoren der Photosynthese

• Alle Messmethoden zur Photosynthese weisen Limitierungen auf.
• Am Licht- und CO₂- Kompensationspunkt ist die Netto-Biosynthese gleich Null.

Andere Photosynthese-Systeme

• Purpurbakterien besitzen ein Photosystem vom PSII-Typ.
• Grüne Schwefelbakterien besitzen ein Photosystem vom PSI-Typ.
• Alle existierenden Reaktionszentren weisen eine ähnliche Struktur auf.
• Bei Lichtsammelsystemen existiert große Vielfalt.

Oxidative Dissimilation, Atmung

• Atmung ist die Umkehrung der Photosynthese.
• Stärke muss vor der Veratmung mobilisiert werden.
• Die Zellatmung besteht aus einer Reihe von zentralen Stoffwechselwegen.
• Citratzyklus und Atmungskette sind in Mitochondrien lokalisiert.
• Die Pyruvat-Dehydrogenase erzeugt Acetyl-CoA für den Citratzyklus.
• Im Citratzyklus wird die Acetylgruppe in Acetyl-CoA zu CO₂ abgebaut.
• In der β-Oxidation werden Fettsäuren zu Acetyl-CoA abgebaut.
• Der Citratzyklus ist eine zentrale Drehscheibe im Stoffwechsel.
• Der Glyoxylatzyklus ermöglicht Pflanzen die Zuckersynthese aus Fettsäuren.
• In der Atumungskette werden Elektronen von NADH + H⁺ auf O₂ übertragen.
• Die Atmungskette wird durch Kopplung mit der ATP-Synthese reguliert.
• In der alternativen Atmung können Pflanzen statt ATP Wärme erzeugen.