Was ist die Definition von Primär- und Sekundärstoffen?
Primärstoffe (primary metabolites)
· sind in allen Pflanzen bei vergleichbaren Synthesewegen gebildet
· sind direkt für das Pflanzenwachstum und die Entwicklung notwendig.
Sekundärstoffe
· gelten als „Endprodukte“ der Synthesewege, entstehen aus Primärstoffen
· sind nicht in metabolische Prozesse eingebunden
· sind Abwehr- oder Regulationsstoffe gegen Stress
Nenne vier wichtige Primär- und vier wichtige Sekundärstoffe und gib jeweils ihre Funktion an.
Primärstoffe
· Kohlenhydrate: dienen als Energiequelle (Glukose) und Baumaterial (Zellulose)
· Aminosäuren (z.B. Tryptophan): Grundelemente von Biosynthesewegen + Grundbausteine der
Proteine + Speicherproteine
· Nukleinsäuren (z.B. DNA/RNA): Speichern Erbinformation
· Lipide (z.B. Ölsäure): Bestandteile von Membranen und Proteinen
· Flavonoide (Phenole): Schutz gegen UV-Strahlung
· Lignin (Phenole): Mechanische Verstärkung pflanzlicher Strukturen
· Limonin (Terpenoid): Bitterstoff à Fraßschutz
· Nikotin (Alkaloide): Abwehr von Fraßfeinden (Insektizid) durch Appetitsreduktion
Nennen sie 5 globale Eigenschaften von Sekundärstoffen
· Entstehen aus Primärstoffen
· sind nicht wichtig für das Wachstum per se
· sind Abwehrstoffe gegen Stresssoren/ chem. Waffen, z.B. Allelopathica (Stoffe gegen pflanzliche
Konkurrenten)
· Schutzstoffe (gegen UV-Strahlung, Austrocknung)
· Speicherstoffe
· Lockstoffe zur Bestäubung
Was sind Allelopathica und wie funktionieren sie?
Gegen pflanzliche Konkurrenten gerichtete Sekundärstoffe. Sie werden über die Wurzel oder den
Spross in die Umgebung abgegeben und wirken vielfach keimungshemmend. Beispiel: Juglon der Walnuss
oder Monoterpene des Pupur-Salbeis.
Nach welchen Prinzipien kann man Sekundärstoffe klassifizieren?
· Nach Struktur
· Nach Syntheseweg
· Nach Spezies, in welchen sie gefunden werden
Welche drei strukturellen Gruppen der Sekundärstoffe kann man unterscheiden? Ordne je 2 Sekundärstoffe zu.
. Phenole: Salicylsäure, Cumarin, Anthocyane, Lignin, Suberin
· Terpenoide/Isoprenoide: Limonin, Saponin, Pinen
· Alkaloide: Nikotin, Morphin, Kokain, Koffein
Nenne 4 Eigenschaften / Funktionen von phenolhaltigen Sekundärstoffen, nennen 2 Beispiele und deren Funktion.
· Schutz gegen Viren und Pathogene (z.B. Tannine, Isoflavonoide)
· Mechanische Verstärkung pflanzlicher Strukturen (Lignin)
· Lockstoff für Befruchter und Fruchtverteiler (Anthocyane)
· UV-Schutz (Flavonoide)
Was sind Anthocyane (im chemischen Sinn), welche Funktionen haben sie und wodurch werden die Fluoreszenzeigenschaften reguliert?
Wasserlösliche Farbstoffe, in Vakuolen gespeichert (gehören zu den Flavonoiden)
Funktion: antioxidative Eigenschaften, Lockstoffe für Befruchter
Farbgebung beeinflusst durch den pH-Wert in der Vakuole (sauer: rot, basisch: blau), der Bindung von
Metallionen, der Ausbildung von supramolekularen Komplexen & der Farbstoffkonzentration
Was sind Terpenoide, welche Funktion haben sie?
Dimere oder längere Polymere von Isopren (à auch Isoprenoide genannt; Summenformel: C5H8)
Funktion:
· Abgabe von überflüssigem Kohlenstoff
· Bestandteile von ätherischen Ölen (à aromatische Qualitäten)
Wie unterscheidet man (strukturell) Terpenoide?
Anhand der Kettenlänge bzw. der Zahl der C5-Bausteine (Hemi: C5; Mono C10, Sesqui: C15, Di: C20)
Nennen sie drei Beispiele für Terpenoide und je eine Funktion.
· Limonin: Bitterstoff als Fraßschutz
· Lycopen: Farbstoff der Tomate als Antioxidant/ Radikalfänger
· Menthol: Duftstoff der Pfefferminze
· Abscisinsäure: Hormon als Botenstoff
Was sind Alkaloide, welche Funktion haben sie?
· Basisch, mit N-Ringstruktur, lassen sich von AS herleiten
· Viele wirken sich auf das Nervensystem aus (aber nicht alle, andere Funktion z.B.: Farbstoff oder
Fraßschutz)
Nennen Sie drei Kategorien der Alkaloiden und die Unterschiede in der Struktur zwischen Ihnen.
· Echte Alkaloide: entstammen einer oder mehrerer AS + Stickstoff ist heterozyklisch gebunden à
Bsp.: Nikotin
· Protoalkaloide: entstammen einer oder mehrerer AS + besitzen keinen heterozyklisch gebunden
Stickstoff à Bsp.: Meskalin
· Pseudoalkaloide: stammen nicht von AS ab + Stickstoff ist heterozyklisch gebunden à Bsp.: Coniin
Was ist die chemische Grundlage des Schutzes durch cyanogene Glykoside und Senfölglucoside? Wie werden sie aktiviert?
Cyanogene Glykoside werden zu giftigen HCN abgebaut und Senfglykoside werden zu Isothiocyanat abgebaut und aktivieren damit ihre Funktion vor fraß. Abbau erst möglich, wenn durch fraß o. ä. die Kompartimente der Zelle kaputt gehen und die Glykoside sich mit ihrem jeweiligen abbauen Enzym mischen.
Welche Formen der Histonmodifikationen sind bekannt und welche Funktion haben diese Modifikationen?
· Acetylierung induziert Entpackung des Chromatins
· Methylierung Regulation der Transkription
· Ubiquitinierung, Regulierung der Methylierung
· Phosphorylierung, Stabilität des Chromatins
Was bedeuten die Begriffe: Phänotyp, Genotyp, Polygenie und Pleiotropie.
· Phänotyp: Erscheinungsbild
· Genotyp: Gesamtheit aller Allele in einem Individuum
· Polygenie: Bezeichnung für die Beteiligung mehrerer Gene an der Ausbildung eines Merkmals
· Pleiotropie: die Kontrolle mehrerer Merkmale durch ein Gen
Was versteht man unter dominatem / Intermediärem Erbgang?
· dominant: Phänotyp prägt sich in heterozygoter Situation aus. (Oft auf alle Allele unmodifiziert
bezogen)
· rezessiv: Phänotyp prägt sich in heterozygoter Situation nicht aus. Oft alle Allele betroffen.
· Intermediär: Heterozygotes Individuum zeigt Mischphänotyp
Was versteht man unter extrachromosomaler Vererbung?
Vererbung von Eigenschaften, die in einer DNA codiert sind, die nicht im Zellkern, sondern im Cytoplasma
lokalisiert ist (extranukleare DNA). Dazu gehört insbesondere die DNA aus Mitochondrien
(Chondrom) und Chloroplasten (Plastom). Folgt nicht den Mendel’schen Regeln.
Nenne 4 Gründe, warum Arabidopsis thaliana eine Modellpflanze ist?
Überschaubare Chromosomenanzahl (5), schnelles Wachstum, kleine Pflanze, nicht anspruchsvoll
Wie viele Genome hat eine Pflanzenzelle? Welche dieser Genome entsprechen den Mendelschen Regeln für die Vererbung?
3 Im Kern, aus den Mitochonrien und in den Chloroplasten. Nur die im Kern können nach Mendel vererbt werden.
Was ist der Unterschied zwischen Allopolyploidie und Autopolyploidie? Nennen Sie für jede der folgenden Kategorien eine Pflanze: triploid, autotetraploid, allopolyploid.
Autopolyploidie mehrere Sätze von Chromosomen enthält, die von derselben Spezies stammen, während Allopolyploidie mehrere Sätze von Chromosomen enthält, die von verschiedenen Spezies stammen.
triploid: Banane autotretraploid: Klee allopolyploid: Baumwolle
Was ist der Unterschied zwischen Endoreduplikation und Polyploidie?
Endoreduplikation
Polyploidie
(=Polyploidisierung)
• Mehr als 2 Sätze von Chromosomen in der Zelle
• Vergrößerung des Genoms/der Zelle
•Ursprung in der Maiose (keine Spindelfaserbildung)
• Nur im somatischen Gewebe
• Nicht vererbbar
• Programänderung des (mitotischen) Zellzyklus
• Zellkern; Zelle teilt sich nicht; ABER wachsen (DNA-Gehalt verdoppelt sich)
welche Faktoren beeinflussen die Stabilität einer Mutation?
Die relative Stabilitätdes genetischen Materials ist das Ergebnis aus drei Faktoren:
1. der Genauigkeitder Replikationsmaschine mit den assoziiertenKorrekturfunktionen
2. der Häufigkeitspontanerund induzierterVeränderungenan der DNA durchFehlpaarung, StrahlungodermutageneAgenzienausder Umwelt
3. der Effizienzder DNA Reparaturmechanismen.
Wie der Mensch Mutationen in Pflanzen hervorrufen kann. Nennen Sie zwei Beispiele
Transformation durch Eintauchen in Agrobakterienkultur, Transfektion mit viralen Vektoren.
Welches sind die beiden Klassen von Transposons?
Man unterscheidet Transposons, deren mobile Zwischenstufe von RNA gebildet wird (Retroelemente oder Klasse-I-Transposon), von denjenigen, deren mobile Phase DNA ist (DNA-Transposon oder Klasse-II-Transposon). Im Gegensatz zum Retroelement können diese Transposons ihren Locus ohne eine RNA-Zwischenstufe verändern. Transposons werden als eine Form eigennütziger DNA bezeichnet, obwohl sie ihrem Träger Vorteile verschaffen können.
Nennen Sie 4 Beispiele, wie Transposons Gene mutieren können
· Dissociator element → non autonomous → Gen inaktiv
· Activator element → autonomus → Gen aktiv
· Interional mutagenesis (insertion into exon → kein Protein) & (insertion into enhancer → mehr/weniger Proteine)
· Retrotransposition → zusätzliche Genkopie mit neuem Promotor
Was ist der Unterschied zwischen stabiler Transformation und transienter Transfektion?
Bei der Transfektion unterscheidet man zwischen dem nur zeitweiligen Einbringen einer Nukleinsäure in eine Wirtszelle (transiente Transfektion) und dem dauerhaften Einbau in das Genom (stabile Transfektion).
Which organism is used for plant transformation?
Agrobakterien
Entwerfen Sie eine hypothetische Struktur eines Gens mit zwei Introns.
Ohne Introns
mit 2 Introns
Nennen Sie die grundlegenden Schritte von der Transkription bis zur Translation des Gens und wo sie in der Zelle stattfinden.
1. Transkription
2. Prä-mRNA Prozessierung
3. mRNA-Export
4. Proteinsynthese
5. Proteinfaltung und -reifung
1-3 im Zellkern
4-5 im Cytoplasma
Bringen Sie die folgenden Prozesse in die richtige Reihenfolge, um die Transkription zu beschreiben:
Bindung des Transkriptionsfaktors, Bindung der Polymerase, Transkription, mRNA- Export, Spleißen der prä-mRNA, Polyadenylierung, 5'-Capping, Translation
Bindung des Transkriptionsfaktors → Bindung der Polymerase →Transkription →
5'-Capping →Spleißen der prä-mRNA→ Polyadenylierung → mRNA- Export
Welche Polymerase ist für die Transkription von mRNA verantwortlich und wo ist sie lokalisiert?
RNA-Polymerase 2 im Zellkern (Nucleoplasma)
Warum braucht die Polymerase Transkriptionsfaktoren?
Die Polymerase kann ihre Zielpromotoren nicht direkt erkennen.
Die Polymerase benötigt Anweisungen, welches Gen sie transkribieren
soll
Welche Faktoren helfen der Polymerase, das zu transkribierende Gen zu erkennen?
Die RNA-Polymerasen benötigen Hilfsproteine, um die Promotoren der zu transkribierenden Gene zu finden. Man unterscheidet dabei die allgemeinen (generellen) Transkriptionsfaktoren von den spezifischen Transkriptionsfaktoren. Die Transkriptionsfaktoren spielen eine wichtige Rolle bei der Regulation der Transkription. Allgemeine Transkriptionsfaktoren binden direkt an die DNA und bilden somit eine geeignete Andockstelle für die RNA-Polymerase. Spezifische Transkriptionsfaktoren binden nur an spezielle Gene, nämlich an die, welche transkribiert werden sollen.
Welches sind die beiden wichtigen Funktionen von TFIIH?
TFIIH: DNA-Helikase; S5-CTD-Kinase
Welches sind die drei Phasen der Aktivität der Polymerase II? Was ist für jeden Schritt erforderlich?
1. Promotorerkennung (RNAP II Holoenzym wird rekrutiert)
2. Prä-TIK (RNAPIIA)
3. TIK (RNAPIIO-S5-P)
Warum ist die 5'-mRNA-Kappung wichtig?
• Regulierung des Kernexports
• Verhinderung des Abbaus durch Exonukleasen
• Förderung der proximalen 5′-Intron-Exzision
• Förderung der Translation
Nennen Sie 3 alternative Spleißtypen, darunter den häufigsten Typ in Pflanzen
Exon skipping (häufigster beim Menschen) , Intron Retention (häufigster bei Pflanzen), Exitron
Wie wirkt sich das alternative Spleißen auf das Proteom aus?
Alternatives Spleißen von RNA ist ein grundlegender Mechanismus der Genregulation und der Bildung der enormen Vielfalt des Proteoms auf der Basis vergleichsweise weniger Gene.
Entwerfen Sie einen hypothetischen Promotor und fügen Sie die wichtigen Cis-Elemente ein. Wie wirkt sich die DNA-Methylierung auf die Transkription aus?
Transkriptionsfaktoren können nicht an methylierte DNA binden → Keine Transkription möglich
→ geschlossener Heterochromatin-Bereich entsteht
Cis-Element = Enhancer und Silencer
Enhancer = Verstärkung der Transkription
Silencer = Hemmung der Transkription
Nennen Sie 3 Arten von Histonmodifikationen, die in Pflanzen identifiziert wurden
Acetylierung, Methylierung, Phosphorylierung
Nennen Sie 3 physiologische Reaktionen, die durch Licht reguliert werden und an denen Lichtrezeptoren beteiligt sind
Keimung, Sämlingsentwicklung, Entdornung, Übergang zur Blüte (Messung der Tageslänge), Erkennung von Nachbarn, Schattenvermeidung(Lichtqualität), Tropismen (Lichtrichtung)
Nennen Sie das Lichtspektrum, das PHY, CRY und PHOT aktiviert
· Phytochrom 600-750nm Keimung
· Cryptochrom 320-500 nm Blühinduktion
· Phototropin 320-500 nm Spaltöffnungsregulation
Nennen Sie drei physiologische Prozesse, die durch das Phytochrom gesteuert werden
· Regulation des Spaltöffnungsapparats
· Regulation der Chloroplastenbewegung
· Phototropismus (Drehung/Wachstum zum Licht)
Welche drei wichtigen Lichtrezeptorklassen gibt es in Pflanzen, welches Lichtspektrum erkennen sie und was ist ihre Funktion (nennen Sie eine)?
Welche zwei Zustände des Phytochroms unterscheidet man und wie werden sie erreicht?
Den dunkelroten und den roten Zustand: der erste kann durch dunkelrotes Licht in den Pr Zustand und der zweite durch rotes Licht in den Pfr Zustand überführt werden. far red und red
Die 4 Schritte beschreiben, die von der Aktivierung des Phytochroms zur Regulierung der Transkription von Genen führen:
1. Phytochrom absorbiert rotes Licht
2. dieses aktiviert die Proteinkinasedomäne und macht die Kernimportsequenz (NLS) besserzugänglich. Pfr wandert in den Zellkern
3. Pfr interagieren mit Transkriptionsfaktoren, um die Transkription zu verändern
4. Pfr wirken als Proteinkinase und phosphorylieren andere Proteine, die die Transkription beeinflussen
Nennen Sie zwei Auswirkungen der Photomorphogenese auf die äußeren Merkmale, die Gewebe und die biochemischen Veränderungen der Pflanzen (jeweils zwei):
1. äußere Morphologie:
Hemmung des Längenwachstums des Hypokotyls (ohne Licht)
•Flächenwachstum der Kotyledonen
•Entwicklung der Primärblätter
•Anlage von Folgeblattprimordien
•Öffnung des Hypokotylhakens
Geweben
•Verstärkung der Zellwände
•Bildung von Xylemelementen und Festigungsgewebe
•Differenzierung der Stomata in der Epidermis der Kotyledonena
•Steigerung der negativen gravitropischen Reaktion des Hypokotyls
•Differenzierung der Etioplasten zu Chloroplasten
Biochemische Veränderungen
•Synthese von Chlorophyllen und Carotinoiden für die Photosynthesekomplexe
•Synthese und Import von plastidenspezifischen Proteinen
•Stimulierung der Genexpression in den Plastiden
•Synthese von Phenylpropanverbindungen (Anthocyane, Lignin)
•Synthese von Saccharose und Stärke
•Abbau von PhyA und Cry2
Wie verändert sich das R/FR-Verhältnis von der Spitze eines Kronendachs nach unten? Welche Form von Phytochrom ist jeweils häufiger vorhanden?
· Spitze: niedriges R/FR-Verhältnis → mehr FR (Schattenvermeidungssyndrom)
· Unten: hohes R/FR-Verhältnis → mehr R
Nenne 3 äußere Merkmale von Pflanzen, die im Schatten stehen:
dünne, flache, breite Blätter, flaches Wurzelwachstum, dünne Cuticula
Nennen Sie 3 physiologische Prozesse, die durch den circadianen Rhythmus gesteuert werden
Blütenöffnung, Photosynthese, Stomata Öffnung, Blütenbildung, Blattbewegung, Zellzyklus, Hypokotyle Elongation
What are short-day (KTP) and long-day plants (LTP) and what do you understant by oblogatory and facultative KTP and LTP?
Kurztagpflanzen: Blühinduktion wird bei einer Tageslänge von unter 12h eingesetzt.
Langtagpflanzen: Blühinduktion wird bei einer Tageslänge von über 14 h eingesetzt
obligat: strikt das eine, können also nicht beim anderen blühen
fakultativ: bevorzugen das eine, können aber auch unter anderen Bedingungen blühen
CONSTANS reguliert die Blüte in Arabidopsis thaliana unter Langtagsbedingungen. Beschreiben Sie kurz den Mechanismus (den Unterschied zwischen den kurzen und den langen Tagen erklären)
Constsans (CO) = Trskriptionsfaktor, wichtig für Regulation der Expression des Gens Flower Locus T (FT)
· Kurzer Tag: kurzes Tageslicht reicht nicht aus zudem: das phyB inhibiert die Translation des CO-Proteins
· Langer Tag: langes Tageslicht: phyA und Cry induzieren die Translation des CO-Proteins, sodass dieses die FT-mRNA transkribiert werden kann
Wie löst Florigen die Blüte aus? Beschreiben Sie, wie und wo es produziert wird und wo und wie es wirkt.
Florigen wird in den Blättern produziert und wirkt im apikalen Triebmeristem von Knospen und wachsenden Spitzen. Florigen bindet an dem Flowering Locus D. Als Komplex wirken sie als Transkriptionsfaktor für AP1. AP1 leitet dann die Blüte ein.
Wie orientieren sich die Pflanzen am Licht?
Die Pflanze nimmt das Licht mithilfe eines Lichtrezeptors in der Sprossspitze wahr, also dort, wo das Wachstum am intensivsten ist. Bei diesem Lichtrezeptor handelt es sich um das sogenannte Phototropin, das höchst empfindlich auf die blauen Anteile des Lichtes reagiert. Das Auxin in der Pflanze wird auf die Schattenseite umverteilt. Die Zellen auf der Schattenseite des Hypokotyls verlängern sich, was zu einem differenzierten Wachstum führt, und der Keimling neigt sich in Richtung der Lichtquelle
Beschreiben Sie kurz die Schritte der Wahrnehmung und Reaktion einer Pflanzenwurzel, die von einer vertikalen in eine horizontale Position gebracht wird
Hauptwurzel richtet sich in der Regel positiv gravitrop zum Erdmittelpunkt aus, während Sprossachsen in der Regel negativ gravitrop reagieren
1. Reizperzeption
2. Signaltransduktion
3. Signalweiterleitung im Gewebe
4. Gravitrope Antwort
Die Perzeption beruht auf der Verlagerung von Amyloplasten (Statolithen) in Zellen Schwerkraftempfindlicher Gewebe (Statenchyme), die man in Sproß und Wurzeln findet. Ein unterschiedliches Flankenwachstum als Folge einer asymmetrischen Verteilung von Hormonen, im Wesentlichen von AUX, ist die Ursache für die gravitrope Krümmung
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