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 dunkelrotesLicht 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.
Warum stellt Überflutung einen Stress für Pflanzen dar? Beschreiben Sie zwei Mechanismen, die Pflanzen das Überleben von Überflutungssituationen ermöglichen! (9P)
Stress, da Pflanzen dadurch einen Mangel an Sauerstoff (Hypoxie) erfahren, der für ihre physiologischen Prozesse essentiell ist —> negative Auswirkungen auf Wachstum & Entwicklung der Pflanze
Überlebens-Mechanismen:
Anaerobe Toleranzmechanismen: Pflanzen schalten auf anaerobe Fermentation um, um Energie ohne Sauerstoff zu produzieren und toxische Auswirkungen von Anoxie zu mildern.
Wurzelatmung und Atemgasströme: Pflanzen erhöhen die Wurzelatmung und regulieren Atemgasströme, um minimalen Sauerstoffaustausch in den Wurzeln aufrechtzuerhalten und das Überleben während der Überflutung zu unterstützen.
Warum ist eine die Affinität für Ethylen vermindernde Mutation im Ethylen-Rezeptor ETR1 dominant und nicht rezessiv? (6P)
Die Affinität für Ethylen vermindernde Mutation im Ethylen-Rezeptor ETR1 ist dominant, da bereits eine einzelne mutierte Kopie des Gens ausreicht, um die normale Rezeptorfunktion stark zu beeinträchtigen. Da der Rezeptor als Homodimer vorliegt, führt eine Mutation in einem Allel direkt zu einer verminderten Ethylen-Wahrnehmung, was phänotypische Veränderungen verursacht.
Rechts im Bild sehen Sie Weizensorten der Grünen Revolution. Was sind die Vorteile der Zwergwüchsigkeit und welche genetischen Veränderungen erklären diese Wuchsform? (8P)
[Bild unbrauchbar!]
Vorteile der Zwergenwüchsigkeit:
Ertragsteigerung: mehr Energie in Produktion von Körnern investieren, anstatt in Höhenwachstum
Stabilität: kürzere Stängel widerstandsfähiger gegenüber Wind & Regen
Düngereinsparung: ermöglicht effizientere Nutzung von Nährstoffen & Düngemitteln
genetischen Veränderungen:
Repressor kann SCF-Komplex nicht rekrutieren —> kann dadurch nicht markiert werden —> kein Abbau des Repressors —> kein Wachstum in Anwesenheit von GA —> Zwergwüchsigkeit
Repressor kann GA-Rezeptor nicht mehr binden —> Aktivator ist ständig aktiv —> Längenwachstum
Wofür steht das Fragezeichen? Wofür steht PC-Kinase? Wie ist die PC-Kinase in CAM- und C4-Pflanzen reguliert? Warum? (10P)
? —> Malat
PC-Kinase —> Phosphoenolpyruvat-Carboxylase-Kinase
CAM-Pflanzen:
Regulation der PEP-Carboxylase über Phosphorylierung durch die PC-Kinase
Transkription des PC-Kinase-Gens in CAM-Pflanzen unterliegt einer ausgeprägten circadianen Rhythmik —> Expression der PC-Kinase nachts am stärksten (weil Endfixierung nachts stattfindet)
PEP-Carboxylase also in schwach aktiven “Tag-Form” & aktiven “Nacht-Form” vorliegend
C4-Pflanzen:
tagsüber, wenn Photosynthese aktiv, wird Aktivität der PC-Kinase erhöht, um Fixierung von CO2 zu fördern
Anstieg von PEP kann Aktivität der Kinase hemmen, während ein Mangel die Aktivität fördern kann
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
Welches Phytohormon löst das Schließen der Stomata aus? Wie wird dieses Phytohormon perzipiert? Wie werden die Aktivitäten von Kaliumkanälen in den Schließzellen in Antwort auf das Phytohormon moduliert? (12P)
Phytohormon: Abscisinsäure (ABA)
Perzipiert durch: Rezeptor PYR1, Phosphatase PP2C, SnRK-Kinase
ABA bewitkt Ca(2+)-Anstieg —> hemmt Protonenpumpe; außerdem werden Cl(-)-Kanäle (SLAC1) durch Phosphorylierung aktiviert, einwärts gerichtete K(+)-Kanäle (KAT1) inaktiviert —> resultierende Depolarisation der Plasmamembran öffnet auswärts gerichtete K(+)-Kanäle —> Kalium strömt aus & zieht osmotisch einen Wasserstrom mit sich —> durch Wasserausstrom sinkt Turgor & Schließzellen schließen sich
Wenn kein ABA gebunden —> PP2C inaktiviert SnRK2
Wenn ABA (an PYR) gebunden —> inaktiviert PP2C, sodass SnRK2 aktiv wird
Für welche Stoffwechselwege, Metaboliten, Enzyme oder Organellen stehen die Zahlen? (9P)
Oleosom
ß-Oxidation
Acetyl-CoA
Glyoxylat-Zyklus
Mitochondrion
Citrat-Zyklus
Oxalacetat
Gluconeogenese
Glycerin
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
Welches Molekül wirkt als Florigen? Unter welchen Bedingungen wird dieses Molekül gebildet? Wie wirkt dieses Molekül? (10P)
Molekül: FT
Bedingungen: Photoperiode (Dauer des Tageslichts), Umgebungstemperatur & interne Signale
Wird im Blatt, bei Vorliegen der richtigen Umweltbedingungen, produziert und über das Phloem zum Sprossapikalmeristem transportiert —> Dort löst es durch Interaktion mit dem Transkriptionsfaktor FD die Aktivierung von Genen der Meristemidentitätsebene aus —> Blühinduktion
Welche Reaktionen werden von der Superoxiddismutase und der Katalase katalysiert (Summengleichungen)? Beschreiben Sie eine physiologische Situation, in der die Aktivitäten dieser Enzyme besonders wichtig sind. (8P)
Schutz des Photosyntheseapparates
Was ist das Ausgangssubstrat der Fettsäuresynthese und wie entsteht es in Pflanzen? (6P)
Ausgangssubstrat: Aceytyl-CoA
[in Plastiden]
1) aus Acetyl-CoA-Synthetase aus importiertem Acetat
2) durch oxidative Decarboxylierung von Pyruvat in plastidischer Glykolyse mit Pyruvat-Dehydrogenase
Wofür stehen die blauen Zahlen? (12P)
Befruchtung
Dormanz / Samenruhe
Kugelstadium
Herzstadium
Tropedostadium
Zellstreckung
Dehydratisierung
Cytokinese (CK)
Auxin (AUX)
Brassinosteroide (BR)
Gibberellin (GA)
Abscissinsäure (ABA)
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
Welche Störung liegt in der Mutante vor? Erklären (nicht: beschreiben) Sie die Beobachtungen! (8P)
Jasmonat aktiviert lokal & systematisch die Herbivor-Abwehr
Die erhöhte Sensivität der Mutante im Vergleich zum Wildtyp beruht auf einer gestörten Jasmonat-Synthese der Mutante
Fad-Gene codieren für Desaturasen, die Doppelbindungen in Fettsäuren einführen
Jasmonat wird ausgehend von ungesättigten Fettsäuren synthetisiert
Desaturase-Mutasen enthalten keine ungesättigten C16 und C18-Fettsäuren —> nicht mehr in der Lage Jasmonsäure zu bilden —> kann sich nicht gegen Larven verteidigen —> Blätter & Wurzel der Pflanze werden stark beschädigt ==> geringe Überlebensrate
Was sind MAMPs? Welche Eigenschaften zeichnen sie grundsätzlich aus? (6P)
MAMPs: Microbe-Associated Molecular Patterns
Sind im Mikroorganismus strukturell hoch konserviert —> evolutionär gesehen, hat die Pflanze schon lange mit der jeweiligen Art von Mikroorganismus zu tun
Übernehmen wichtige Funktionen —> ein Angriff des Wirtes auf diese Moleküle ist sehr effektiv
Kommen im Wirt normalerweise nicht vor —> dadurch kann der Wirt leicht erkennen, wenn er angegriffen wird
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