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)
Füllen Sie die Lücken in diesem Text: (10P)
Phytochrom ist ein ___lichtrezeptor. Beispiele für durch Phytochrom gesteuerte Prozesse sind _____________ und _____________. Phytochrom wird durch __________ Licht aktiviert. Diese Aktivierung kann durch _____________ Licht revertiert werden. Ein Tetrapyrrol ist das ___________ von Phytochrom. Nach Aktivierung wandert Phytochrom aus dem Cytosol in __________, wo es als ____________ aktiv ist und mit _________________ wie ______________ interagiert.
Phytochrom ist ein Rotlichtrezeptor. Beispiele für durch Phytochrom gesteuerte Prozesse sind (Samen)Keimung und Schattenvermeidung. Phytochrom wird durch (hell)rotes Licht aktiviert. Diese Aktivierung kann durch dunkelrotes Licht revertiert werden. Ein Tetrapyrrol ist das Phytochromobilin von Phytochrom. Nach Aktivierung wandert Phytochrom aus dem Cytosol in den Zellkern, wo es als lichtregulierte Proteinkinase aktiv ist und mit Transkriptionsfaktor wie PIF3 interagiert.
Erläutern Sie zwei Argumente für die Hypothese, dass das Kältegedächtnis während der Mitose an Tochterzellen weitergegeben wird! Warum darf das Kältegedächtnis meiotisch nicht stabil sein? (8P)
Vernalisierte Pflanzen blühen, auch wenn sie länger (Monate) mit Kurztag behandelt wurden und dann erst mit Langtagen
Züchtet man Ableger von vernalisierten Pflanzen, können auch diese nach Kälteeinwirkung wieder blühen
Das FLC-Gen exprimiert FLC, welches als Repressor der Blühinduktion dient. Dieses muss epigenetisch abgeschaltet werden, durch Histon-Modifikation. Dies geschieht nach längerer Kälteeinwirkung. Wäre dies meiotisch würde die Pflanze schon im Winter blühen.
Was ist die molekulare Ursache für den von Gregor Mendel an Erbsen untersuchten Phänotyp „runzelige Samen“! (8P)
Phänotyp „runzelige Samen“ geht auf die Transposon-Inaktivierung einer branching enzyme-Isoform zurück. Die Samen bilden weniger Stärke und enthalten mehr Saccharose. Dadurch schwellen sie aufgrund von Osmose an und werden beim Trocknen durch den zusätzlichen Wasserverlust runzelig.
Welches Charakteristikum der Stärke-Synthese in Chloroplasten kann als Beleg für die Endosymbionten-Theorie gelten? Warum? (6P)
Stärke wird aus ADP-Glucose im Chloroplasten synthetisiert und nicht wie in Eukaryoten aus UDP-Glucose. Bakterien verwenden auch ADP-Glucose —> Beleg für die Endosymbiontentheorie
Chloroplasten besitzen eigenes ringförmiges DNA-Molekül, das ihnen ermöglicht, die Produktion von Proteinen zu steuern, die für die Stärke-Synthese notwendig sind
Kreuzen Sie bei den folgenden Aussagen an, ob sie richtig oder falsch sind! (Falsch angekreuzte Kästchen geben Minuspunkte!) (12P)
Skotomorphogenese ist die Entwicklung einer Pflanze im Dunkeln.
Die Synthese von Abscisinsäure kann ein Pathogenitätsfaktor sein.
Die Depolarisation der Plasmamembran von Schließzellen wird durch die Öffnung von Anionen-Kanälen ausgelöst.
Steroid-Rezeptoren in Pflanzen sind lösliche Proteine, die nach Steroid-Bindung in den Zellkern wandern.
Die RubisCO wird durch das Absinken der Mg2+-Konzentration im Stroma bei laufenden Thylakoidreaktionen aktiviert.
Fructose-6-phosphat-Dehydrogenase katalysiert den ersten Schritt des oxidativen Pentosephosphatwegs.
Ethylen löst die Fruchtreife aus.
Die Mycorrhiza ist ca. 40 Millionen Jahre alt.
Skotomorphogenese ist die Entwicklung einer Pflanze im Dunkeln. —> R
Die Synthese von Abscisinsäure kann ein Pathogenitätsfaktor sein. —> R
Die Depolarisation der Plasmamembran von Schließzellen wird durch die Öffnung von Anionen-Kanälen ausgelöst. —> F
Steroid-Rezeptoren in Pflanzen sind lösliche Proteine, die nach Steroid-Bindung in den Zellkern wandern. —> F
Die RubisCO wird durch das Absinken der Mg2+-Konzentration im Stroma bei laufenden Thylakoidreaktionen aktiviert. —> F
Fructose-6-phosphat-Dehydrogenase katalysiert den ersten Schritt des oxidativen Pentosephosphatwegs. —> F
Ethylen löst die Fruchtreife aus. —> R
Die Mycorrhiza ist ca. 40 Millionen Jahre alt. —> F
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
Die Synthese und Abgabe von Strigolactonen kann für Pflanzen nachteilig sein. Warum? Begründen Sie auch, warum Pflanzen dennoch nicht auf die Synthese von Strigolactonen verzichten können! (8P)
Synthese und Abgabe von Strigolactonen hemmt Wurzelwachstum und kann Ausbildung von Seitenwurzeln unterdrücken —> Verringerte Aufnahme von Wasser und Nährstoffen (v.a. in Ressourcen-begrenzten Umgebungen)
Strigolactone lösen Keimung von parasitischen Pflanzen aus
Sie werden aber auch für Symbiose mit der Mykorrhiza benötigt, da diese Pflanzen anhand der Strigolactone erkennt und diese bei ihr das Auskeimen der Hyphen bewirkt
Strigolactone sind auch an Regulation des Sprosswachstums beteiligt, indem sie apikale Dominanz fördern
Welcher Prozess ist dargestellt? Was passiert hier („?“)? Welche Funktion haben die mit „III“ und „IV“ bezeichneten Strukturen? (8P)
—> Auxin-Signaltransduktion
?: Auxin bindet an den Rezeptor (Teil eines E3-Ligase-Komplexes) TIR1, wodurch die Polyubiquitinierung der AXR-Proteine (Repressorproteine) eingeleitet wird. Durch den Abbau der Repressoren wird die Aktivität der ARF-Proteine erlaubt, wodurch Transkription erfolgen kann.
III & IV: Dimersierungsdomäne aus AXR und ARF.
AXR = Repressor (hält Transkriptionsaktivator ARF in inaktiven Zustand)
ARF = Transkriptionsaktivator
Solange sie zusammen sind, kann keine Transkription erfolgen.
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)
Welchen biologischen Sinn könnte es haben, dass in einigen Pflanzen unter Salzbelastung der CAM-Stoffwechsel induziert wird? Wie heißt das hoch regulierte Schlüsselenzym? (6P)
Salz entzieht der Pflanze Wasser, sodass Wassermangel für die Pflanze entstehen kann
CAM-Stoffwechsel ist ausgelegt, um Wasserverlust zu vermeiden
PEP-Carboxylase ist hoch reguliertes Schlüsselenzym
Bei Sauerstoffmangel tritt in Wurzelzellen Gärung auf. Durch welche Bedingungen wird Sauerstoffmangel ausgelöst? Welche Gärungsprodukte werden in welcher Reihenfolge gebildet? Wie heißen die jeweils verantwortlichen Enzyme? (8P)
Durch Überflutung wird Hypoxie und Anoxie ausgelöst.
Das aus der Glykolyse stammende Pyruvat wird über die Lactatdehydrogenase zu Lactat abgebaut. Dieses säuert das Cytosol an und begünstigt die Alkoholische Gärung. Das heißt Pyruvat wird durch die Pyruvat-Decarboxylase zu Acetaldehyd umgewandelt, welches dann durch die Alkoholdehydrogenase zu Ethanol wird.
Welche 4 Zell-Kompartimente sind an der Glucogenese beteiligt?
Warum speichern viele flugfähige Samen/Sporen/Pollen Fett statt stärke?
(6P)
4 Zell-Kompartimente der Kohlenhydrat-Synthese:
Oleosom
Glyoxisom
Mitochondrien
Cytosol
Die Energiedichte, d.h. die freisetzbare Energiemenge pro Masseneinheit, ist bei Fett mehr als doppelt so groß wie bei Kohlenhydraten —> dadurch ermöglicht Fett Samen die auf ihr Gewicht achten müssen, ein Maximum an Energiereserve bei minimalem Gewicht
Knöllchenbakterien fixieren Luftstickstoff.
Welches Enzym katalysiert die Fixierung von Luftstickstoff und wie lautet die Reaktionsgleichung?
In welchen zellulären Strukturen findet die Stickstoff-Fixierung statt?
Welches physiologische Problem tritt dabei auf und wie wird es in den Wurzelknöllchen gelöst? (10P)
Nitrogenase
N2 + 8 H+ + 16 ATP —> 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 P-
Symbiosomen
Bakterien besitzen Cytochrom-Oxidase mit besonders hoher Affinität für O2
—> Pflanze synthetisiert Knöllchen-spezifische Proteine, z.B. Leghämoglobin
—> Pflanze bildet eine zusätzliche O2 Permeabilitätsbarriere
Wofür stehen die blauen Zahlen? (12P)
Calvin-Zyklus
ATP
ADP-Glucose (ADPG)
Amylase
UTP
UDP-Glucose (UDPG)
Chloroplast
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