mikroorganismen at Karlsruher Institut für Technologie

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Wie funktioniert die Signalleitung an einem trimeren G-Protein? 

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Wie funktioniert der Phytochromsignalleitung in Pflanzen?

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Wie dienen reaktive Sauerstoffe (ROS) als sekundäre Botenstoffe? 

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Wie wird allgemein ein Signal in der Zelle verstärkt? 

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Welche Pflanzenhormone gibt es und wie heißen ihre Rezeptoren? 

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Welche Pflanzenhormone werden aus AS, Isoprenoiden und Lipiden gemacht? 

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Was bedeuten "Trade-offs" zwischen Wachstum und Abwehr?

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Welches Hormon spielt eine große Rolle bei der Pflanzenverteidigung gegen Mikroorg. und wie funktioniert die Jasmonsäure-Signaltransduktion (Proteinabbau)? 

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Durch welche Veränderungen eines Hormonweges erhält Getreide verbesserte Eigenschaften für den Anbau? Wie und welche? 

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Wie kann durch Signalleitung über Repressorproteine funktionieren? (Bsp.)

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Wieso sind Crosstalks zwischen Hormon-Signalpathways wichtig für Pflanzenabweh? 

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Welche Signalleitungsmechanismen gibt es? 

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mikroorganismen

Wie funktioniert die Signalleitung an einem trimeren G-Protein? 

1) Membranständiger Rezeptor bindet an Pflanzenhormon (Abscisinsäure)
2) aktiviert G-Protein
3) G-Protein phosphoryliert UE eines Membranlipids (PIP2)
4) IP3 (Teil von PIP2) wird durch Phospholipase C abgespalten
Parallel. DAG aktiviert Proteinkinase C, phosphoryliert weiter Proteine und führt zu weiteren zellulären Antwort 

5) IP3 wird angereichert -

6) IP3 bindet an Ca2+-Kanäle am ER 

7) Ca2+-Kanäle öffnen und es strömt Ca2+ ins Cytoplasma = Zelluläre Antwort

mikroorganismen

Wie funktioniert der Phytochromsignalleitung in Pflanzen?

→ Im Dunkeln: Phytochrom im Cytoplasma, im Kern ist COP1
COP1 bindet HY5 (TKF) und unterdrückt dessen Aktivität
COP1 hat weiter Funktion als Ubiquitin-Ligase (Polyubiquiniert HY5 und markiert es so für den Abbau im 26S-Proteosom)
→ Im Licht: Phytochrom wandert in Kern, ändert Konfo. und bindet COP1 → Phytochrom wird jetzt abgebaut, HY5 ist frei und bindet an Promotor von Lichtantwort und induziert deren TK, es kommt zu Photomorphogenese: Keimlinge haben andere Form im Licht als im Dunkeln

mikroorganismen

Wie dienen reaktive Sauerstoffe (ROS) als sekundäre Botenstoffe? 

→ Sehr reaktive Formen von O2 z.B. Hyperoxide, H2O2, etc-
--> In der Pflanzenmembran gibt es NADPH-Oxidase (RBOH), die erzeugt ROS an der Membran
→ ROS können an benachbarten Zellen weitere RBOH aktivieren (Anregung)
→ Vorübergehende Signalverstärkung an ROS die weitere Zell. Ereignisse beeinflussen

mikroorganismen

Wie wird allgemein ein Signal in der Zelle verstärkt? 

→ Durch SIgnaltransduktion: Prozesse, mit deren Hilfe Zellen auf äußere Reize (Licht, Trockenheit, Moleküle) reagieren
→ Reize werden durch Rezeptoren wahrgenommen und in innere Signale umgewandelt, die in der Zelle bzw. im Organismus weitergeleitet werden können
→ Amplifikation der Signale durch Sekundäre Botenstoffe (Können Signale verstärken)

mikroorganismen

Welche Pflanzenhormone gibt es und wie heißen ihre Rezeptoren? 

Brassinosteroide = BRI1 (Membran
Abscisinsäure = GTG1/2 (G-Protein gekoppelter Rezeptor, Membran) oder PYR1 (Cytoplasma)
Cytokinin = CRE1, AHK2, AHK3 (Membran)
Ethylen = ETR, EIN4, (Cytoplasma)
Gibberellinsäure = GID1 (Zellkern)
Jasmonsäure = COI1 (Zellkern)
Auxin = TIR1 (Zellkern) 

mikroorganismen

Welche Pflanzenhormone werden aus AS, Isoprenoiden und Lipiden gemacht? 

AS = Ethylen, Auxin, Salicylsäure
Isoprenoide = Cytokinin, Gibberellinsäure, Brassinosteroid, Abscisinsäure, Strigolactone 
Lipide = Jasmonsäure 

mikroorganismen

Was bedeuten "Trade-offs" zwischen Wachstum und Abwehr?

--> Pflanzenhormone werden sowohl für Verteidigung als auch für Wachstum benötigt 

--> Pflanze muss sich teilweise zwischen Abwehr und Wachstum entscheiden
--> Fitness costs, wenn sie sich Verteidigen wollen, weniger Wachstum

mikroorganismen

Welches Hormon spielt eine große Rolle bei der Pflanzenverteidigung gegen Mikroorg. und wie funktioniert die Jasmonsäure-Signaltransduktion (Proteinabbau)? 

Jasmonsäure: wird gegen Magnaporthe oryzae (Pilz) eingesetzt
Wenn Pflanze von Pilz befallen wird, bildet sie mehr JA-Ile (mit Mutante für JS-Biosynthese breitet sich Pilz besser aus)
--> JS wird über JAR1 zu JA-Ile
und JAK bindet an MYC und agieren als Repressor für JA-Ile Antwortgene
--> JA-Ile bindet an SCF^COI1, an den JAZ bindet (Hormon-Ligand-Komplex)
--> Ja-Ile Antowrt aktiv und JAZ wird von Ubiquitin markiert und abgebaut

mikroorganismen

Durch welche Veränderungen eines Hormonweges erhält Getreide verbesserte Eigenschaften für den Anbau? Wie und welche? 

Gibberellin sorgt für stärkeres Längenwachstum. In Landwirtschaft sorgt das jedoch dafür, dass sie z.B. schneller umknicken:
2 Optionen Gibberellinsäure auszuschalten:
1) Mutation in Biosyntheseweg (GA20-Oxidase) --> weniger Gib.
2) Mutation im SIgnalleitungsweg (DELLA-Protein = Repressor) Verhindert nach der Bindung von Gib mit GID1 die SIgnaltransduktion  

mikroorganismen

Wie kann durch Signalleitung über Repressorproteine funktionieren? (Bsp.)

Jasmonsäure-Signaltransduktion:JAZ ist Repressorprotein fürJA-Ile Antwortgen
JAZ bindet an MYC und blockiert Promotor, so dass Signalleitung unterdrückt wird (Damit Jasmonat aktiviert werden kann muss Isoleucin gebunden werden) 

mikroorganismen

Wieso sind Crosstalks zwischen Hormon-Signalpathways wichtig für Pflanzenabweh? 

Pflanze kann parallel von mehreren Mikroorg. befallen werden. Dann müssen die verscheidenen Reaktionen miteiander interagieren (Crosstalks)
z.B. Wenn JA-Signalweg aktiviert ist, agiert er auch negativ auf SA-Signalweg 

mikroorganismen

Welche Signalleitungsmechanismen gibt es? 
1) Phosphorylierung (MAP-Kinasen, G-Protrein gekoppelter Rezeptor, Ca2+ abhängige Proteinkinasen, Zwei-Komponentensystem)  
2) Ionenkanäle (Ca2+-Kanäle in Spaltöffnungen, Kaliumkanäle in Synapsen) 
3) Abbau von Repressorproteinen (Lichtsignalleitung, Hormonsignalleitung)
4) Reaktive Sauerstoffspezies 

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