Physiologie und Biochemie der Pflanzen at Universität Hohenheim

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chemoautotrophe Organismen:

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Amylose:

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C4-Stoffwechsel

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Autotrophe Organismen

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warum gibt es diesen verschwenderischen Prozess? 

wäre es nicht besser, wenn RubisCO garnicht mit O2 reagieren würde?

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Vorfixierung von CO2 im Mesophyll durch PEP-Carboxylase: 

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Zellatmung:

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kinetische Energie

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Schrittweise Oxidation von Pyruvat zu 3 Molekülen CO2

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Energieumwandlung in der Zellatmung

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Schicksal des Pyruvats

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Die meisten Angiospermen haben Zwitterblüten („perfekte Blüten“): haben sowohl Staubblätter als auch Fruchtblätter

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Physiologie und Biochemie der Pflanzen

chemoautotrophe Organismen:

Energie aus der Oxidation anorganischer Verbindungen wird zur Synthese organischer Verbindungen genutzt: Chemosynthese (S2-, NH3, Fe2+, etc.; nur in Prokaryonten; mengenmässig unbedeutend)

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Amylose:

lineares Glucose-Polymer, a-1,4-glykosidisch verknüpft

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

C4-Stoffwechsel

  • In C4-Pflanzen wird CO2 in Dicarbonsäuren vorfixiert, bevor es dann durch RubisCO in den Calvin-Zyklus eingeschleust wird. (die 2. Carboxylgruppe endet in Position 1 von 3- PGA) 
  • Der C4-Zyklus ist der allen Pflanzen gemeinsamen CO2-Fixierung durch Rubisco vorgeschaltet.
  • Funktionelle Trennung: im Mesophyll finden die Lichtreaktionen statt, CO 2 wird vorfixiert RubisCO und Calvin-Zyklus sind in der Leitbündelscheide lokalisiert
  • in Leitbündelscheide fehlt PSII; daher kann hier nur der zyklische Elektronentransport stattfinden 

=> ATP wird gebildet 

=> aber kein NADPH, keine Photolyse des Wassers also keine O 2 Freisetzung! 

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Autotrophe Organismen

  • sind die Primärproduzenten der Biosphäre 
  • sind in der Lage, anorganische Moleküle zu assimilieren, also körpereigene organische Substanzen aus anorganischen Verbindungen aufzubauen

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

warum gibt es diesen verschwenderischen Prozess? 

wäre es nicht besser, wenn RubisCO garnicht mit O2 reagieren würde?

Dilemma erklärt sich durch die Abstammung aus einer anaeroben Welt: 

  • Uratmosphäre war Sauerstoff-frei 
  • RubisCO der ersten Photosynthese-Bakterien brauchte nicht zwischen CO2 und O2 unterscheiden zu können; kein Selektionsdruck 
  • Selektionsdruck entwickelte sich erst mit der Zeit, mit zunehmendem Sauerstoffgehalt der Atmosphäre

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Vorfixierung von CO2 im Mesophyll durch PEP-Carboxylase: 

  • katalysiert die Carboxylierung von Phophoenolpyruvat zu Oxalacetat 
  • Substrat ist nicht CO2 sondern Bicarbonat (HCO3-), die miteinander im Gleichgewicht stehen
  • HCO3- + H+ <=> H2O + CO2

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Zellatmung:

H wird von Glucose abgespalten und zunächst auf NAD+ übertragen. Das speist die Elektronen in eine Elektronentransportkette (= Atmungskette) ein, in der die Elektronen ihre Energie schrittweise abgeben, so dass sie für die ATP Synthese genutzt werden kann.

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

kinetische Energie

- die Energie bewegter Körper/Teilchen 

- Elektrizität, Licht, Hitze

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Schrittweise Oxidation von Pyruvat zu 3 Molekülen CO2

1. Pyruvat Dehydrogenase Komplex 

Pyruvat               CO2  

+ NAD+         =>+ NADH+ H+

+ CoA-SH          + CO2 

2. Citratzyklus 

Acetyl-CoA         2 CO2 

+ 3 NAD+           + 3 NADH + H+

+ FAD            => + FADH2 

+ GDP + Pi         + GTP 

+ 2 H2O              + CoA-SH 

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Energieumwandlung in der Zellatmung

  • Elektronen der Nährstoffe liegen in Form von Reduktionsäquivalenten vor: NADH, FADH2 
  • im Unterschied zur Knallgasreaktion werden sie nicht in einem Schritt auf O2 übertragen, sondern über eine Elektronentransportkette 
  • Energie wird schrittweise freigesetzt, wird so für die Zelle nutzbar 
  • Elektronentransportkette aus 4 Proteinkomplexen in der inneren Mitochondrienmembran

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Schicksal des Pyruvats

  • unter aeroben Bedingungen oxidative Phosphorylierung 
  • unter anaeroben Bedingungen: Gärung

Physiologie und Biochemie der Pflanzen

Die meisten Angiospermen haben Zwitterblüten („perfekte Blüten“): haben sowohl Staubblätter als auch Fruchtblätter

  • erhöhte Wahrschheinlichkeit der Pollenübertragung durch bestäubende Insekten
  • Gefahr der Selbstbestäubung (Autogamie) (Inzucht, Reduktion im Genfluss und genetischer Diversität)

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