Vlllb_Stoffwechselwege_N_S_Ferredoxin

ist wichtig für die Bildung von:

• NADPH + H+ ➡️ C-Fixierung im Calvin-Zyklus/Kreislauf (inkl. ATP-Verbrauch)

• N-Fixierung/Kreislauf

• S-Fixierung/Kreislauf

vom PSI

• reduziertes Ferredoxin kann auch Elektronen auf andere Enzyme transferieren (zB: N‐ und S‐Kreislauf)

• sind Eisen-Schwefel‐Proteine (Nicht‐ Häm‐Eisenproteine, FeS‐Proteine) mit 2Fe‐2S –Zentrum.

= häufigstes Element in einer Pflanze

• Das wichtige Makronährelement Stickstoff wird von Pflanzen überwiegend in seiner maximal oxidierten Form, als Nitrat (NO3-), über die Wurzeln aus der Bodenlösung aufgenommen

• Die Assilimilation von Nitrat findet in Plastiden statt, und zwar im Blatt in den Chloroplasten und in den Wurzeln in den Leukoplasten. Die Primärreaktionen der Photosynthese liefern dazu direkt oder indirekt die Benötigten Reduktionsäquivalente (NADPH) und ATP.

• In 3 Schritten wird Nitrat zunächst zu Nitrit reduziert, Nitrit wird weiter reduziert zu Ammonium. Dieses wird schließlich in einer Transaminierungsreaktion auf ein Kohlenstoffgerust übertragen. Vorläufiges Endprodukt und Ausgangsprodukt für weitergehende Biosynthesen ist Glutamin.

Pflanzen sind N-autotroph

Lokalisation von Nitratreduktase und Nitritreduktase in der pflanzlichen Zelle/Chloroplast:

• NO3 (Nitrat) ➡️ NO2 (Nitrit) ➡️ NH4 (Ammonium) ➡️ Aminosäuren

Die N-Assilimation der Pflanze besteht aus zwei Stufen:

1. Nitratreduktion

   besteht aus der Reduktion von NO3- (Nitrat aus dem Biden) über NO2- (Nitrit wird als Salpetrige Säure (HNO3) in Plastiden transportiert) zu NH4+ (Ammonium)

2. Ammoniumassimilation (GoGat-Enzyme)

   mit dem Einbau von NH4+ in Aminosäuren abgeschlossen

• Bausteine der Proteine und damit auch der Enzyme

• Stoffwechselaktive Substanzen

  zB: Abwehrstoffe und stressphysiologisch wirksame Moleküle - u.a. bei Wasserstress

• wichtige AS haben die gleiche Grundstruktur mit Amino- und Säuregruppen, a-ständig

• Die Aminogruppe der a-AS befindet sich am zweiten Kohlenstoffatom, einschließlich des Carboxyl-Kohlenstoffatoms

• sie unterscheiden sich nur im Rest = R

Cytochrome (Chromoproteine)

• die Häme als prosthetische Gruppe enthalten und als Redoxvermittler fungieren, indem das Eisenion im Häm die Oxidationszahl wechselt

Phytochrome

Chlorophyll a

• Photosynthese

Phaeophytin

• 1. Elektronen-Akzeptor in der Photosynthese

Wichtige Moleküle bei der Energieumsetzung in Zellen

• Nucleotide

• Nucleotid-Derivate

• P-Gruppen übertragendes und energielieferndes System

• GTP (anstelle Adenin = Guanin)

• ATP-Bildung über Protonengradienten an Membranen

  • Potenzialdifferenz muss mindestens 0,2 V betragen (zB: Atmung)

Nicotinamidadenindinucleotid(phosphat)

Wasserstoffübertragende Co-Enzyme

Flavin-Adenin-Dinucleotid

Wasserstoff- und Elektronenübertragendes Co-Enzym

Gruppenübertragendes Co-Enzym

Acetyl-CoA - Übertragung von Essigsäure

• DNA-Doppelhelix aus zwei Strängen verbundener Nukleotide mit komplementär gepaarten Basen

• RNA (Arbeitskopie der DNA)

• cyanogene Glykoside

• Glucosinolate

• nicht proteinogene Aminosäuren und als größere Gruppe die

• Alkaloide

Gemeinsame Merkmale der Alkaloide sind ein meist heterozyklisch gebundener Stickstoff und ihre alkalische Natur. Bei den “echten” Alkaloiden stammt das Stickstoff-Atom aus einer Aminosäure, bei den Pseudoalkaloiden aus anderen Verbindungen. Oft findet man eine Einteilung der “echten” Alkaloide entsprechend ihres Hauptvorkommens in bestimmten Pflanzenlinien oder anhand der Struktur des Alkaloidgerüstes

sind eine Gruppe von N-haltigen organischen Verbindungen, die von der Biosynthese her als Produkte des aminosäure-Stoffwechsels angesehen werden können.

Viele davon hoch giftig!

Haben einen bitteren Geschmack, haben schmerzhemmende/-lindernde Eigenschaften, viele zählen zu Drogen aber dienen häufig als Schutz vor Fressfeinden.

• Pyrrol

• Pyrrolidin

• Pyridin

• Piperidin

• Phyrrolizidin

• Tropan

• Indol

• Indolizidin

• Chinolin

• Chinolizidin

• Isochinolin

• Purin

• Terpene

• Steroide

findet man vor allem in Kaffebohnen, den Samen des Strauches Coffea arabica. Hauptalkaloide sind Coffein, Theobromin und Theophyllin. Diese Inhaltsstoffe findet man ferner in Colanüssen, den Samen des Baumes Cola acuminata sowie im Mate- und Tee.

Alle Alkaloide wirken belebend, gefäßerweiternd und regen die Herztätigkeit an.

• in Paprika Arten natürlich vorkommendes Alkaloid (in den Früchten)

• Hitze- oder Schärfereiz durch spezifische Rezeptoren bei Säugetieren

• chemisch ein Fettsäureamid

• lipophil

• Anteil 0,3 bid 0,5%

• Paprika- oder Chilischoten bezeichneten Früchte sind botanisch Beeren

• Betacyane (rotviolett)

• Betaxanthine (gelb)

• N-haltige ungiftige Alkaloide

• Vorkommen:

  • Blätterpilze

  • Amaranth, Rote Rübe, Zuckerrübe, Mangold

  • Feigenkaktusfrüchte

• Reduktion von Sulfat zu Schwefelwasserstoff im Chloroplasten

• SO4 (Sulfat) ➡️ APS (Adenosin-5-phosphosulfat) ➡️ SO3 (Sulfit) ➡️ H2S (Schwefelwasserstoff) Cystein

• Schwefelassimilation = sehr energieaufwändig, fünffach höherer ATP-Bedarf als die Stickstoffassimilation

• Boden S wird als SO42- aufgenommen

• S kann aber auch über Blätter aufgenommen werden. Reduktion von SO42- wird im Chloroplasten zu Cystein assimiliert

1. Cystein kann direkt in Proteinen ein oder weiter zu Methionin umgebaut werden

2. Es enthält SH- (Thiol-) Gruppen die für die Struktur und Funktion des Proteins durch die Bildung von Disulfidbrücken notwenig sind

3. Glutathion (GSH)

4. Bei Stress leitet Glutathion die Phytochelatin (PCs) Bildung ein, die Metalle und Halbmetalle entgiftet

In katalytischen Zentrum vieler Enzyme als reduzierender S zu finden in Form der Thiolgruppe (-SH) bei Aminosäuren Cystein und Methionin zu finden:

• Cystein trägt die Thiolgruppe

• Methionin fungiert als Methylgruppenüberträger

• essentiell für Aminosäuren

• Disulfidbrücken sind Struktur gebend bei Peptiden, Proteinen,Enzyme

  • Tertiärstruktur

  • Quartärstruktur

• Eisen-Schwefelzentren bei Enzymen

• Thiamin, Biotin, Liponsäure

• Pantethein

• Sulfolipide (Membranbausteine)

• Geschmack und Geruch

  • Terpen

  • Allicin

  • Allyl-isothiocyanate

• Abwehr

  • Camalexin (induziert bei Pathogenen)

  • Glucosinolate (Fraßschutz)

• Oxidation/Reduktion, Metalltransport und Entgiftung

  • Glutathione (ist ein Peptid involviert bei Redox-Reaktionen)

• nur in Kreuzblütlern

• 120 verschiedene Glucosinolate, Glykosid ist immer mit Glucose

• sind schwefel- und stickstoffhaltige chemische Verbindungen und werden im AS-Stoffwechsel gebildet. Bei bestimmten Bedingungen können sich daraus auch Thiocyanate bilden.

• Fraßschutz: bei Verletzung der Zelle (Kauen oder Schneiden) kommen Myrosinase und Senfölglycoside zusammen, die hierbei zu Selfölen hydrolysiert werden. Senföle sind entweder nicht flüchtig und schmecken scharf oder sie sind flüchtig und riechen stechend.

  • Spaltung der glykosidischen Bindung bei Glycosinolaten

  • durch Myrosinase zu Glucose, Hydrogensulfat und einem der folgenden Agylone gespalten (Isothiocyanat, Thiocyanat, Nitril oder auch Oxazolidin-2-thion. Diese können in (meist nur) höheren Konzentrationen Vergiftungserscheinungen verursachen

• Hautreizmittel, antimikrobiell (bakterostatisch, virusstatisch (in vitro 90% bei H1N1-Grippe-Viren), antimykotisch, antioxidativ, krebshemmend und durchblutungsfördernd

• scharf, bitterer Geschmack (zB: Senf, Krenn, Rettich, kresse, Kohl, Karfiol, Kraut)

• Stimulants für die Eiablage

• Signalstoff Sinigrin, ein Senfölglycosid, Kohlweißling wird davon angelockt, für andere Insekten ist es tötlich. Kohlweisling toleriert es (Enzymsystem)

• Selektionsvorteil gegenüber Nahrungskonkurrenz

• Allicin entsteht durch Kondensation von 2 Molekülen Allylsulfensäure

• nur in Zwiebelgewächsen

• Fraßschutz

• Aroma-Funktion

• antibiotisch, fungizid, antioxidativ, senken LDL-Spiegel und den Blutdruck, antiasthmatischen effekt, tumorhemmend, hemmen Aggregation der Blutplättchen