Pflanzliche Zelle

Trennt Vakuole vom Cytoplasma (Cytosol) ab

-Aufrechterhaltung des Turgordrucks

—>Festigung, Plasmolyse&Deplasmolyse bei lebenden Zellen-> Vitalitätsnachweis

-Speicherung von Reservestoffen

-Entgiftung

-bis zu 90% des Zellvolumens

Photosynthese, Speicherung von Reservestoffen

-Exoskelett (Form &Stabilität)

—>Wanddruck wirkt osm. Druck entgegen

-Schutz (vor Umwelteinflüssen, pathogenen Mikroorganismen)

-Zell-Zell-Kommunikation

-Reaktions-/Transportraum (Ionenaustausch)

-Tonoplast: grenzt Vakuoleninhalt von Cytoplasma ab

-Plasmamembran: grenzt Cytoplasma vom Apoplast ab

Wasser, CO2, NO, Steroide

-basiert auf Brwonscher Molekularbewegung (thermische Abhängigkeit)

-passiv, zufällig, ungerichtet

—> Entropiezunahme

-Diffusion durch selektiv permeable Membran

-Pfeffersche Zelle

Selektiv permeable Biomembranen: Tonoplast, Plasmamembran

Osmotisch wirksame Lösung: Vakuoleninhalt (Salze, org. Säuren, Zucker)

Lösungsmittel:Wasser

ist ungleich Osmotischer Druck!

-Der Druck mit dem Wasser in eine Osmotische Lösung einströmt hängt vom osmotischen Potenzial der Lösung ab

-immer negativ

-zunehmend negativer mit zunehmender Konzentration von gelösten Teilchen

-Osmotisches Potential= -c•R•T

—> Wasser strömt von Ort mit weniger negativem Potenzial (geringere Teilchenkonzentration) zu Ort mit negativerem Potenzial (höherer Teilchenkonzentration)

—>Turgordruck in der Zelle presst Plasmamembran gg Zellwand

—>Wanddruck (Gegendruck der gedehnten Zellwand) gleicht aus und wirkt Osmotischem Wassereinstrom entgegen

—> Zelle platzt nicht

Wasserpotential = Osmotisches Potential + Druckpotential (Turgor)

—>Bei voller turgeszenter Zelle: Osmotisches Potential= -(Turgor) also Wasserpotential=0

In hypertonischer Lösung

Wasser strömt aus (Zelle schrumpft)

In hypotonischer Lösung

Wasser strömt ein

Tierische Zelle würde platzen, aber für pflanzliche optimal

Zelle ohne Zellwand

-Entfernung durch Enzyme (Zellulase)

-lebensfähig, regenerieren Zellwand

—>Zellwand ist Sekretionsprodukt des Protoplasten

Bestimmung des Osmotischen Potentials vom Zellsaft mithilfe

Grenzplasmolyse (Ermittlung der Außenlösungskonzentration, die bei 50% aller Zellen im Gewebe Plasmolyse hervorruft)

—>Wanddruck entfällt

—> Osmotischer Wert Außenlösung = Osmotischer Wert Zellsaft

Durch Ionenkanäle

-Wasser

-Ionen

-Glycerin

Pumpen unter direktem ATP-Verbrauch

-Protonen

-Ca2+

-Herbizide

Künstlicher Protonengradient (indirekter ATP-Verbrauch)

-Zucker

-Aminosäuren

-Peptide

-Ionen

Plasmamembran

Raum Außerhalb der Plasmamembran:

-Zellwand

-Xylemleitgefäße

90% Kohlenhydrate (3 Arten):

-Pektine, Hemicellulosen

—>Mischkörper aus amorpher Grundsubstanz (Matrix)

-Cellulose

—>Gerüstsubstanz (Fibrillen)

Bestimmen die Orientierung der Cellulosefibrillen (Elementarfibrillen, Mikrofibrillen—> Gerüstsubstanz der Zellwand)

10% der Zellwand (vgl. 90% Kohlenhydrate in Zellwand)

-Glycinreiche Glykoproteine (GRP)

-Prolinreiche Glykoproteine (PRP)

-Hydroxyprolinreiche Glykoproteine (HRGP) z.B. Extensin

—>Strukturproteine, bilden verfestigendes Netztwerk

Protonen-aktivierte Enzyme, die Dehnbarkeit der Mikrofibrillen in der Zellwand erhöhen (Viskoelastizität)

Plasmatische Verbindungen benachbarter Zellen

—> Plasmamembranen verbundener Zellen gehen ineinander über

—> Stoffaustausch zwischen Zellen

Zellen verbindende Plasmastränge, die durch Aussparungen in der Zellwand (Tüpfel) hindurchlaufen

Zentralstrang, der den Plasmodesmus durchzieht

-Stabilisierung bei Turgorschwankung

-Elastizitätsbewahrung (mechanische Beanspruchung)

-wirtschaftliche Nutzung (Holz, Textilfasern)

-lebendes Festigungsgewebe

-Kanten-, Platten-, Lückenkollenchym

-Wände nur teilweise verdickt —>Stoffaustausch

-besteht aus Primärwand

-in ausdifferenzierten Zellen

-totes Festigungsgewebe , verholzte Wände,

-Stoffaustausch über Tüpfel

-gleichmäßige Zellwandverdickung (Sekundärwand)

-z.B. Steinzellen (Birne)

-viele Gestalten

-besonders druckfest (Nussschale, Borke)

-Lang, faden-, spindelförmig, zugfest

-Holz und Bast

Überbegriff für Chloroplasten, Amyloplasten, Etioplasten, Leukoplasten, Chromoplasten

Alle ineinander umwandelbar außer Gerontoplasten (Herbstlaub)

-Plastidenvorstufe

-noch undifferenziert

-farblos

-entstehen durch Abschnürung aus anderen Plastiden

-hohe Teilungsfrequenz

-doppelte Hüllmembran

-semiautonom (eigene DNA und Ribose, aber 90% der plastidspezifischen Proteine trzdm im Kern cofiert)

-Vermehrung durch Teilung/Durchschnürung

-in im Dunkeln angezogenen Pflanzen

-blassgelbe Farbe (Carotinoide)—> Kartoffeltriebe wenn im Dunkeln gelagert

-Chloroplastenvorstufe (kein Thyllakoidsystem nur Prolamellarkörper)

-Entfaltung des Prolarmellarkörpers schon nach kurzem Lichtblitz

-farblos

-typisch für nicht mehr teilende, photosynthetisch inaktive Zellen

-Speicherort für Reservestoffe (Stärke:Amyloplasten, Proteine:Proteinoplasten, Lipide:Elaioplasten)

-spez. Form der Leukoplasten

-Bildungsort für Reservestärke (Vorkommen in Speicherorganen wie Kartoffelknollen)

-An Schwerkraftswahrnehmung in Wurzelspitze beteiligt (Statolithen)

—>Hypothese (veränderte Druckauswirkung der Amyloplasten auf benachbartes ER bei Schwerkraftsvektoränderung)

-gelb-rote Färbung (Carotinoide)

-photosynthetisch inaktiv

-Vorkommen in Blüten, Früchten

-Bildung aus Proplastiden, Leukoplasten o. Chloroplasten

—> Früchte vorerst grün, bei Reife gelb-rote Färbung (Reifesignalisierung bei z.B. Tomate)

Ort der Photosynthese

1-10 micrometer

-keine gesonderten Kompartimente

—>sind räumlich verbunden

-aber keine Verbindung zur Chloroplastenhülle

Synthese organischer Verbindungen unter Nutzung der Sonnenenergie

Zusammengesetzt aus:

1. Reduktion (Elektronenaufnahme/Erniedrigung Oxidationszahl) von Kohlenstoffdioxid zu Zucker

2. Oxidation (Elektronenabgabe/Erhöhung Oxidationszahl) von Wasser zu Sauerstoff

-benötigt Licht

-findet in Thylakoidmembran statt

-Oxidation von Wasser, Freisetzung von molekularem Sauerstoff

-Bildung von NADPH/H+ & ATP

-H2O —> 2e- + 2H+ + 1/2O2

-lichtunabhängig, aber benötigt Energie aus Lichtreaktion

—> Verbrauch von NADPH/H+ & ATP

-findet im Stroma von Chloroplasten statt

-Calvin-Zyklus (Enzymatisch katalysierte Reaktionsfolge)

-Fixierung und Reduktion von Kohlenstoffdioxid zu Zuckern

-6CO2 + 24H+ + 24e- —> C6H12O6 + 6H2O

oder P680 (verarbeitet Licht der Wellenlänge 680)

—>hellrotes Licht

oder P700 (verarbeitet Licht der Wellenlänge 700)

—>dunkelrotes Licht

Maß für Bereitschaft Elektronen abzugeben

Umso negativer das Redoxpotential, desto größer die Bereitschaft Elektronen abzugeben (Reduktionskraft)

-Fotolyse von Wasser (durch Licht angeregte Spaltung/Oxidation von Wasser)

-Freisetzung von molekularen Sauerstoff und Protonen

-Übertragung von 2 Elektronen(aus Fotolyse) auf Photosystem 2

-Anregung des PS2 durch Lichtimpuls (680nm) —> Elektronen werden energetisch erhöht

-Abgabe der Elektronen an PS1

-währenddessen Transport von 2H+ über Cytochrom-bf-Komplex ins Lumen der Thylakoide

—>Protonengradient im Stroma

-Anregung des PS1 durch Lichtimpuls (700nm) —> Elektronen werden energetisch erhöht

-Übertragung der Elektronen an Ferredoxin, dort Reduktion von NADP+ zu NADPH und H+

-H+ wollen über ATP-Synthase komplex zurück ins Stroma (Protonengradient)

-Nutzung des Protonengradienten (Lumen: pH=5, hohe H+ vs. Stroma: pH=8, niedrige H+) zur Synthese von ATP aus ADP+P (Phosphorilierung)

Bruttogleichung: 8Lichtimpulse, 4Elektronen, sodass:

2H2O + 2NADP+ + 3ADP + 3P

—> O2 + 2(NADPH + H+) + 3 ATP

1. Carboxylierung (Kohlenstofffixierung)

   -über Stomata eingetretenes CO2 wird im Calvin-Zyklus mithilfe des RubisCO Enzyms an das Akzeptormolekül Ribulose-1,5-biphosphat chemisch gebunden

   -kurzfristig instabile C6-Verbindung, dann 2 C3-Körper (3-Phosphoglycerate)

2. Reduzierung

   -unter Spaltung von ATP zu ADP/P und Verwendung der Phosphatgruppe wird 3-Phosphoglycerat zu 1,3Biphosphoglycerat phosphoriliert

   -NADPH transferiert nun unter Oxidation zu NADP+/P seine 2 Elektronen und 1H+ zu 1,3-Bisphosphatglycerat —> es entsteht unter Reduktion Glyceraldehyd-3-phosphat

   —>1/6 davon geht in Zucker-Synthese

3. Regenerierung

   -Mehrheit geht in Regeneration des Akzeptormoleküls unter Spaltung von ATP in ADP/P unter Übertragung der Phosphatgruppe auf Ribulose-5-Phosphat

4. NADP+ und ADP gehen zurück in Lichtreaktion

Bruttobilanz:

6CO2 + 12NADPH/H+ + 18ATP

—> C6H12O6 + 12NADP+ + 18ADP + 18P + 6H2O

unter enormer Lichteinstrahlung Ausweichen der Chloroplasten um Schädigung der Photosynthesepigmente zu verhindern

-Ort der Zellatmung (Atmungskette, Citratzyklus, andere Stoffwechselreaktionen)

-0,5-1 micrometer

-in allen eukaryotischen Zellen (außer Erythrozyten)

-eigene ringförmige DNA (mtDNA), RNA, Ribosome

-Vermehrung durch Teilung (dabei Verformung)

-Bewegung entlang des Cytoskeletts

-Doppelmembran mit Intermembranraum

-Innere Membran grenzt mitochondriale Matrix ab (Ort des Citratzyklus, beta-Oxidation von Fettsäuren)

-Christae (Auffaltung Innere Membran—> Oberflächenvergrößerung)

-Innere Membran besondere Zusammensetung: 25% Lipide, 75% Proteine

Energiegewinnung durch Abbau von Kohlenhydraten

1. Glykolyse (Cytoplasma)

2. Citrat-Zyklus (Mitochondrium)

3. Atmungskette und Oxidative Decarboxylierung (Mitochondrium)

-kann aerob oder anaerob stattfinden

-findet im Cytoplasma statt

-Verbrauch von 2 ATP bei Bildung von Fructose

-Gewinn von 4 ATP bei Bildung von Pyruvat (C3H4O3)

—>Nettogewinn von 2 ATP

-ATP-Bildung durch Substratkettenphosphorylierung

C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + P

—> 2C3H4O3 (Pyruvat) + 2NADPH/H+ + 2ATP

-nach Glykolyse

-Nutzen der im Pyruvat noch vorhandenen Energie

-Regenerierung des Elektronenakzeptors NAD+ für Glykolyse

1. Bildung von Acetyl-Coenzym A aus Pyruvat

2. Umsetzung von Acetyl-Coenzym A im Citratzyklus

   Bildung von CO2 und Reduktionsmitteln (NADH/H+, FADH2)

3. Elektronentransport in der Atmungskette, Oxidation der Reduktionsmittel (NADH/H+, FADH2)

   ATP-Synthese

-funktioniert wie motor

-Protonen strömen ein

-ATP-Synthese durch Drehung

pH Vakuole: 5,5

pH Cytoplasma: 7,5