Nennen Sie 2 grundlegende entwicklungsbiologische Unterschiede zwischen Pflanzen und Tieren! Erläutern Sie diese Unterschiede jeweils kurz mit Bezug auf die Lebensweise von Pflanzen! (6P)
Plastizität: Pflanzen werden stärker von veränderten Umweltbedingungen in ihrer Entwicklung beeinflusst
Ständiges Wachstum: selbst ein Jahrtausende Jahre alter Baum wächst noch um Nährstoffe zu erschließen
Totipotenz: aus undifferenzierten Wundgewebe kann sich Pflanze regenerieren (z.B. nach Fraß)
Nennen Sie drei keimungsauslösende Umweltfaktoren und erklären Sie, welche relevanten Informationen diese Faktoren einem Samen jeweils liefern! (9P)
Rauch: Konkurrenz, Feuer
Licht: Konkurrenz (Vegetationslücke), Bodentiefe
Temperatur (Amplitude): Bodentiefe, Vegetationslücke
Was haben die Antworten auf Auxin, Jasmonat und Gibberellin mechanistisch gemeinsam? (6P)
Alle Rezeptoren der jeweiligen Phytohormone sind an E3-Ligase-Komplexe gebunden.
Bei Perzeption wird dann der Repressor mit Ubiquitin gekennzeichnet, anschließend im Proteasom abgebaut und die Antwort kann ausgelöst werden. (5P)
Wie wirken sich die folgenden Mutationen auf die Ethylen-Antwort aus:
Funktionsverlust aller Ethylenrezeptoren
Mutation führt zu einem Defekt in der Ethylen-bindenden Domäne eines Rezeptors
Mutation führt zu einem Defekt in der mit CTR1 interagierenden Domäne eines Rezeptors
Repressor kann nicht mehr aktiviert werden —> dauerhafte Antwort
Verlust eines Ethylen-bindenden Rezeptors verhindert ebenfalls Ethylen-Antwort —> da der Hemmende Prozess weiterhin abläuft und nicht von den restl. Ethylenrezeptoren kompensiert werden kann
Repressor kann nicht mehr aktiviert werden —> dauerhaft in einem Rezeptor
Wofür stehen die Zahlen? (12P)
Befruchtung
Dormanz / Samenruhe
Kugelstadium
Herzstadium
Tropedostadium
Zellstreckung
Dehydratisierung
Cytokinese (CK)
Auxin (AUX)
Brassinosteroide (BR)
Gibberellin (GA)
Abscissinsäure (ABA)
Erklären Sie die Defekte in der Blütenentwicklung mit dem ABC-Modell! (8P)
Aktivität von … (homötische Gene)
A: resultiert in Kelchblätter (grau)
A & B: spezifizieren Kronblätter (gelb)
B & C: spezifizieren Staubblätter (rot)
C: spezifiziert Fruchtblätter (blau)
A & C: sind antagonistisch
Wildtyp: kein Defekt
Mutante 1: C defekt, A & B aktiv —> keine Staub- & Fruchtblätter, nur Kelch- & Kronblätter
Mutante 2: A defekt, B & C aktiv —> keine Kelch- & Kronblätter, nur Staub- & Fruchtblätter
Mutante 3: B defekt, A & C aktiv —> keine Kron- & Staubblätter, nur Kelch- & Fruchtblätter
Mutante 4: A & B defekt, C aktiv —> keine Kron-, Staub- & Kelchblätter, nur Fruchtblätter
Welche Reaktionen werden von der Superoxiddismutase und der Katalase katalysiert (Summengleichungen)? Beschreiben Sie zwei physiologische Situationen, in denen die Aktivitäten dieser Enzyme besonders wichtig sind. (10P)
[Sind Enzyme, die an der Entgiftung von reaktiven Sauerstoffspezies 8ROS) beteiligt sind.]
Entzündungsreaktionen:
Bei Entzündungen oder Infektionen werden Immunzellen wie Makrophagen aktiviert, um Fremdkörper oder Krankheitserreger zu bekämpfen
Dabei große Menge ROS erzeugt, um Eindringlinge abzutöten
Erhöhte ROS-Produktion kann jedoch auch zu Schäden in umliegenden Geweben führen
SOD & Katalase spielen entscheidende Rolle bei Neutralisierung der überschüssigen ROS & verhindern so Gewebeschäden & oxidativen Stress
Alterungsprozess:
Mit zunehmendem Alter nimmt Aktivität von SOD & Katalase ab, während Produktion von ROS zunimmt
Ungleichgewicht zw. ROS-Produktion & antioxidativen Abwehrkapazität trägt zum Alterungsprozess bei & wird mit versch. altersbedingten Erkrankungen (z.B. Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs, …) in Verbindung gebracht
Durch Aufrechterhaltung ausreichender Aktivität von SOD & Katalase kann oxidative Schädigung reduziert & Alterungsprozess möglw. verlangsamt werden
Wie unterscheiden sich Sonnen- und Schattenblätter physiologisch? Nennen Sie zwei Unterschiede und beschreiben deren funktionelle Bedeutung! (8P)
Schattenblätter haben mehr Chlorophyll b
—> Verkleinerung der Grünlücke
—> Effizientere Nutzung des Lichts
Schattenblätter haben erhöhten Photosystem II-Anteil
—> Im Schatten hat man einen hohen Anteil von dunkelrotem Licht —> Überanregung von Photosystem I
—> erhöhter Photosystem II-Anteil verhindert das
Füllen Sie die Lücken in diesem Text: (15P)
In vielen Pflanzen wird der Blühzeitpunkt u.a. durch die Tageslänge kontrolliert. Dies nennt man __________. Das Blühen von Arabidopsis thaliana z.B. wird durch _______ werdende Tage mit ausgelöst. Die Wahrnehmung der Tageslänge erfolgt im _______. Sie wird erklärt durch das __________-Modell. Die Transkription des Regulators ____________ unterliegt einer _____________ Rhythmik. Nur wenn zum Zeitpunkt hoher _________menge noch Licht durch die Photorezeptoren _____________ und ____________ wahrgenommen wird, erfolgt die Translation. Das resultierende Protein aktiviert die Bindung von ____ dem lange gesuchten Blühhormon _________, welches dann im _______ zum _________________ transportiert wird. Dort aktiviert es zusammen mit ____ Gene der ___________________.
In vielen Pflanzen wird der Blühzeitpunkt u.a. durch die Tageslänge kontrolliert. Dies nennt man Photoperiodismus. Das Blühen von Arabiodopsis thaliana z.B. wird durch länger werdende Tage mit ausgelöst. Die Wahrnehmung der Tageslänge erfolgt im Blatt. Sie wird erklärt durch das Koinzidenz-Modell. Die Transkription des Regulators CONSTANS (CO) unterliegt einer circadianen Rhythmik. Nur wenn zum Zeitpunkt hoher Transkriptmenge noch Licht durch die Photorezeptoren Phytochrom und Cryptochrom wahrgenommen wird, erfolgt die Translation. Das resultierende Protein aktiviert die Bindung von FT dem lange gesuchten Blühhormon Florigen, welches dann im Phloem zum Sprossapikalmeristem transportiert wird. Dort aktiviert es zusammen mit FD Gene der Meristemidentitätsebene.
Welche Phytohormone stimulieren den Zellzyklus, welche hemmen ihn? Wie heißen die wichtigsten Kontrollproteine des Zellzyklus? (8P)
Zellzyklus-stimulierende Phytohormone:
Gibberellin
Cytokinin
Auxin
Zellzyklus-hemmende Phytohormone:
Abscisinsäure (ABA)
Ethylen
Jasmonat
Wichtigsten Kontrollproteine des Zellzyklus:
Cycline
Cyclin-abhängige Kinasen
Das Zusammenwirken welcher drei Proteine vermittelt die Wirkung der Abscisinsäure (ABA)? Welche Zielproteine lösen wie den Schluss der Stomata aus? Wie wird die Aktivität dieser Proteine in Antwort auf des ABA-Signal moduliert? (12P)
Rezeptor PYR1, Phosphatase PP2C, SnRK-Kinase
PP2C inaktiviert SnRK2. Wenn ABA an PYR bindet inaktiviert dieses PP2C, sodass SnRK2 aktiv wird.
Anionenkanäle wie SLAC1 werden durch Phosphorylierung aktiviert, einwärts gerichtete Kaliumkanäle wie KAT1 inaktiviert.
Diese Prozesse haben eine Depolarisation der Plasmamembran zur Folge, auswärts gerichtete Kaliumkanäle öffnen sich, Kalium strömt aus und zieht osmotisch einen Wasserstrom mit sich. Durch den Wasserausstrom sinkt der Turgor und die Schließzellen schließen sich.
Beschreiben Sie zwei Beispiele der Stressvermeidung (Avoidance) bei Pflanzen! (6P)
Bildung von Aerenchymen zur Vermeidung der Anoxie
Bildung von Blatthaaren zur Vermeidung von Überhitzung durch Sonneneinstrahlung (+ Blatthaare reflektieren Licht)
Nennen Sie vier Moleküle, die Elektronen von Ferredoxin übernehmen können. Stellen Sie die Reaktionen jeweils in einen physiologischen Zusammenhang. (10P)
Kreuzen Sie bei den folgenden Aussagen an, ob sie richtig oder falsch sind! (Falsch angekreuzte Kästchen geben Minuspunkte!) (12P)
Thigmomorphogenese bezeichnet den Einfluss mechanischer Reize auf die Entwicklung.
Phytochrom trägt eine Phosphatasedomäne.
Die Synthese von Gibberellin kann ein Pathogenitätsfaktor sein.
Die Erhöhung des pH-Wertes im Stroma bei laufenden Thylakoidreaktionen fördert die Aktivierung der RubisCO.
Die PEP-Carboxylase-Kinase ist in CAM-Pflanzen vor allem in der Nacht aktiv.
Ethylen inhibiert die Fruchtreifung.
Die Synthese kurzkettiger Fettsäuren erfordert die Aktivität von Thioestersen.
Der Oxidative Pentosephosphatweg läuft in Pflanzenzellen nur im Dunkeln ab.
Thigmomorphogenese bezeichnet den Einfluss mechanischer Reize auf die Entwicklung. —> R
Phytochrom trägt eine Phosphatasedomäne. —> F
Die Synthese von Gibberellin kann ein Pathogenitätsfaktor sein. —> R
—> R
Die PEP-Carboxylase-Kinase ist in CAM-Pflanzen vor allem in der Nacht aktiv. —> R
Ethylen inhibiert die Fruchtreifung. —> F
Die Synthese kurzkettiger Fettsäuren erfordert die Aktivität von Thioestersen. —> R
Der Oxidative Pentosephosphatweg läuft in Pflanzenzellen nur im Dunkeln ab. —> R
Was ist der Unterschied zwischen „sommerannuellen“ und „winterannuellen“ Ökotypen von Arabidopsis thaliana? Wie lässt sich die Evolution von sommerannuellen Ökotypen molekular erklären? (8P)
Sommerannuelle Ökotypen benötigen keine Vernalisation zum Blühen, Winterannuelle schon, damit das FLC-Gen epigenetisch abgeschaltet werden kann, bevor sie blühen können
Evolution von Sommerannuellen:
Evolution aufgrund mutierten FLC-Gens oder FRI-Gen (FRI Aktivator von FLC) —> dadurch dauerhaft inaktiv —> Blühinduktion wird nicht mehr reprimiert (= unterdrückt) —> Blühinduktion
Wofür stehen die blauen Zahlen? (12P)
Calvin-Zyklus
ATP
ADP-Glucose (ADPG)
Amylase
UTP
UDP-Glucose (UDPG)
Chloroplast
Cytosol
Gezeigt sind in der Abbildung unten die Überlebensraten von Arabidopsis thaliana Wildtyp-Pflanzen (Kontrolle) und der Dreifach-Mutant fad3 fad7 fad8 nach einer Inkubation mit Fliegenlarven, die die Wurzeln und Blätter der Pflanze schädigen können. Die Mutanten wurden entweder mit Jasmonat oder mit Wasser behandelt. Erklären (nicht: Beschreiben) Sie die Beobachtungen! (10P)
Jasmonat aktiviert lokal und systematisch die Herbivor-Abwehr, z.B. Synthese von Abwehrstoffen.
Dieser Effekt zeigt sich im Unterschied der Überlebensraten der Mutante fad2 fad7 fad8 zwischen Wasser- und Jasmonat-Behandlung.
Die erhöhte Sensivität der Mutante im Vergleich zum Wildtyp rührt daher, dass in der Mutante die Jasmonat-Synthese gestört ist. Fad-Gene codieren für Desaturasen, die Doppelbindungen in Fettsäuren einführen.
Jasmonat wird ausgehend von ungesättigten Fettsäuren synthetisiert.
Fad3 fad7 fad8 Desaturase-Mutasen enthalten keine ungesättigten C16 und C18-Fettsäuren, wodurch sie nicht mehr in der Lage sind, Jasmonsäure zu bilden.
Wird die Mutante nur mit Wasser behandelt kann sie sich gegen die Fliegenlarven nicht verteidigen, wodurch die Blätter und die Wurzel der Pflanze stark beschädigt werden.
—> geringe Überlebensrate
Pflanzen die mit Jasmonat behandelt wurden produzieren toxische Sekundärmetabolite gegen die Fliegenlarven, da Jasmonat die Bildung dieser auslöst. Dadurch lassen die Fliegenlarven von der Pflanze ab —> im Gegensatz zur mit Wasser behandelten Mutante hohe Überlebensrate
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