Stoffaufnahme und Transportvorgänge PDF

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Transport von Wasser und gelösten Stoffen...

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Stoffaufnahme und Transportvorgänge Transport von Wasser und gelösten Stoffen - Apoplastischer Weg: Wasser, gelöste Stoffe bewegen sich durch Raum außerhalb der Protoplasten (Zellwand, Interzellularräume, Innenräume von Tracheiden, Gefäßen)  - Symplastischer Weg: Durchquerung einer Plasmamembran ins Cytoplasma einer Zelle, dann bewegen sich Wasser, gelöste Stoffe über Plasmodesmen von Zelle zu Zelle  - Transmembraner Weg: Transport von Zelle zu Zelle mit jeweiliger Durchquerung der Zellwände, Plasmamembran benachbarter Zellen 

Molekularer Membrantransport - Passiver Transport v. gelösten Stoffen entlang Konzentrationsgefälle o Diffusion direkt durch Membran o Erleichterte Diffusion durch Kanalproteine, Transportproteine - Aktiver Transport v. gelösten Stoffen entgegen Konzentrationsgefälle unter Energieaufwand - Osmose: passiver Transport von Wasser Diffusion: passiver Substanz-Transport - Fließgleichgewicht: gelösten Stoffe passieren weiterhin Membran, aber mit gleicher Häufigkeit in beide Richtungen

Erleichterte Diffusion - Polare Moleküle, Ionen diffundieren entlang Konzentrationsgefälles durch spezielle transmembrane Transportproteine

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Passiver Transport entlang des Konzentrationsgefälles Kanalproteine(z. B. Aquaporine, Ionenkanäle) Transportproteine

Aktiver Transport - Entgegen dem Konzentrationsgradienten - Kostet Energie (ATP) → Aufbau eines Membranpotentials / pH-Gradienten mit Protonenpumpen  → Andere Transportproteine nutzen Membranpotenzial für Cotransport von Protonen entlang ihres elektrochem. Gradienten gekoppelt mit Transport von anderen Molekülen (Zucker, Nitrat...) entgegen Konzentrationsgradienten  Osmose: passiver Wassertransport - Diffusion von Wasser- Molekülen durch semipermeable Membran aufgrund Konzentrationsunterschieds der gelösten Substanzen beiderseits der Membran

Wasserhaushalt einer Pflanzenzelle →

Wasserpotential - Bestimmt Richtung der Wasserbewegung:Freies Wasser bewegt sich vom Ort des höheren Wasserpotentials zum Ort des niedrigeren Wasserpotentials - Wasserpotential: Summe aus dem Lösungspotential und dem Druckpotential (Einheit: Megapascal): Ψ = ΨS + ΨP o Ψ = Lösungspotential (osmotisches Potential): gelöste Teilchen binden Wassermoleküle, S vermindern die Zahl der freien Wassermoleküle  Ψ = Druckpotential: physikalischer Druck, unter dem Lösung steht P Beispiele: o Ψ = 0 MPa: Wasserpotential von reinem Wasser unter Standardbedingungen  o Ψ = 0,2 MPa: Innendruck eines vollständig aufgeblasenen Autoreifens o Ψ = 0,5 MPa: Innendruck einer Pflanzenzelle  o

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Wasserpotential - A) Wasser fließt v. höherem Wasserpotential Ψ → niedrigerem Wasserpotential Ψ  - B) pos. Druckpotential gleicht neg. Lösungspotential aus  - C) pos. Druckpotential überwiegt neg. Lösungspotential  - D) Saugspannung 

Wasserhaushalt einer Pflanzenzelle - Hypotone Lösung (1) o Netto-Wasseraufnahme in die Pflanzenzelle → Turgeszens = Fähigkeit, Wasser u. Nährstoffe

(1)

aufzunehmen

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Hypertone Lösung (2) o Wasser diffundiert aus Pflanzenzelle →Plasmolyse =durch Osmose verursachte Wasserentzug aus einer Pflanzenzelle

Wasser- Ionenaufnahme - Nur Wasseraufnahme in Wurzelhaarzone - Zuerst wird Bodenlösung aufgenommen (mit Sauerstoff, Ionen) - Mineralioen o Frei in Bodenlösung o Gebunden an Bodenpartikel - Kationenaustausch: Kation, die an Bodenteilchen gebunden sind, werden Pflnzen ersetzt (H+ -Ionen werden abgegeben...)

(2)

Transport von Wasser, Mineralionen vom Wurzelhaar ins Xylem - Symplastischer oder apoplastischer Transport vom Wurzelhaar zur Endodermis  - Symplastischer Transport zum Zentralzylinder (spätestens hier Durchquerung einer selektiv permeablen Membran, Aufnahme der Ionen durch Transportproteine)  - Apoplastischer Transport ins Xylem  Massenströmung beim Langstreckentransport - Massentransp. durch Druckunterschiede

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Durch Druck angetriebene Bewegung einer Flüssigkeit als Ganzes  o Wasser und Mineralionen im Xylem o Phloemsaftim Phloem  Verläuft von Orten mit hohem Druck zu Orten mit geringem Druck  Von der Teilchenkonzentration unabhängig 

Wassertransport im Xylem - Wasserleitung  - Abgestorbene Zellen  - übereinander lagernde Zellen formen durch Öffnungen an Verbindungen eine Leitbahn  - Verdickte, stark verholzte Sekundärwände (Lignin)  - Zwei Zelltypen  o Tracheiden: kleiner Durchmesser, langgestreckt, schräg gestellte Querwände, Verbindung durch Tüpfel  o Tracheenglieder: großer Durchmesser, kurz, Querwände waagerecht u. stark perforiert - Wasserströmung v. Wurzel bis in Blätter - Wasseraustieg abhängig o Vom Wurzeldruck - von unten o Vom Transpirationssog – von oben (Wasser verdampft an Spitze ... o Von Adhäsion, Kohäsion - Ohne Energieaufwand Wurzeldruck - Ionen werden aus Bodenlösung absorbiert, ins Xylem transportiert - Wasser folgt osmotisch nach →pos. Hydrostatischer Druck von unten auf Xylemsaft - Guttation: o Xylemflüssigkeit wird durch Wurzeldruck ausgepresst (mehr Wasser gelangt in Blätter als durch Transpiration verloren geht) → Ausscheidung von Wassertropfen  o Hydatoden: modifizierte Stomata mit blind endenden Leitbündeln  Transpiration (wie Wasser nach oben kommt) - Über Stomata in Blättern - Verlust von Wasserdampf aus Blättern - Funktionen: o Kühlung d. Blätter o Pumpe, d. Wasser, Mineralionen aus Wurzeln nach oben zieht (Transpirationssog- Wasser geht nach draußen → muss ersetzt werden) → Luft außerhalb des Wassers viel trockenern; Luft innerhalb des Wassers wassergesättigt, feucht → deshalb verdampft Wasser nach außen → Transpirationssog sorgt dafür, dass Wasser von unten nach oben nachkommt - Erzeugt neg. Druckpotential (Saugspannung) an Zellwandoberfläche (Luft-Wasser-Grenzfläche) d. Mesophyllzellen im Blatt

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An Mikrofibrillen haftet Wasser

Transpirationssog, Kohäsion, Adhäsion - Kohäsion: Anziehung d. (Wasser-)Moleküle der gleichen Art (gegenseitig) → bleiben aneinander gebunden; können Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden (binden rel. fest aneinander) - Adhäsion: Anziehung d. (Wasser-)Moleküle versch. Arten: Wassermoleküle haften an Zellwänden d. engen Xylemzellen, kompensieren Schwerkraft → Wasserbindung reißt nicht ab - Transpirationssog: o Transpiration durch die Stomata verursacht Unterdruck  o Übertragung auf den Xylemsaft von den Blättern bis zu den Wurzelspitzen → zieht Wassersäule aufwärts  Stomata - An Blattunterseite (bis zu 10.000 Stomate pro cm2) - Hier kann Pflanze gezielt Wasser verdunsten werden - Funktionen: o Gasaustausch: Co2-Aufnahme, O2-Abgabe o Kontrolle der Transpiration - Öffnen, Schließen der Stomata durch Schließzellen - Je mehr Stomata geöffnet → desto mehr Co2 kann rein → desto mehr Photosynt.; desto mehr kann aber auch verdunsten Spaltöffnungsbewegungen - Öffnung der Schließzellen: o Transport von K+ , anderen Ionen in Schließzelle → Wasser folgt osmotisch nach  o Schließzellen werden turgeszent, nehmen in Länge zu, krümmen sich nach außen - Verschluss der Schließzellen: o Ausströmen von K+ , anderen Ionen aus Schließzelle → Wasserabgabe durch Osmose  o Schließzellen erschlaffen, Krümmung nimmt ab  Reize für Spaltöffnungsbewegung - Öffnung der Schließzellen o Bei Licht o Bei abnehmende Co2-Konzentration in Intrazellulärräumen durch Photosynthese - Verschluss der Schließzellen o Bei Dunkelheit → keine Photosyn. mehr möglich

o o o o o

Bei zunehmender Co2- Konzentration Bei hohen Temp. Bei Wind Bei geringer Luftfeuchte Bei Trockenheit des Bodens → Phytohormon Abcisinsäure (ABA) wird produziert:

Leitgewebe: Phloem - Leitung von Zucker und Nährstoffen (Phloemsaft) - Lebende Zellen - Typen von Phloemzellen: o Farne und Gymnospermen: schmale, lange Siebzellen  o Angiospermen: übereinander liegende Siebröhrenglieder verbunden durch durchlöcherte Siebplatten zu Siebröhren, Stoffwechsel in Geleitzellen  Zuckertransport von Quelle zur Senke (im Phloem) - Zuckerquelle (source): Blätter o Ort der Zuckerproduktion (Photosynthese im Blatt oder Stärkeabbau) - Zuckersenke (sink) o Ort des Verbrauchs oder Speicherung (Wurzeln, Sprossachsen, Knospen, Früchte) o zunächst Senken; bei Aktivierung werden sie zur Quelle Beladung des Phloems mit Zucker - Transport von den Mesophyllzellen (dort entsteht Zucker) der Blätter zu den Siebröhrengliedern des Phloems - Apoplastischer und/oder symplastischer Transport - Beladung des Symplasten der Siebröhrenglieder (von dort nach oben/unten transportiert) mit Zucker entgegen Konzentrationsgradienten mit Hilfe eines Protonen-Saccharose-Cotransporters -

Phloem ist voll mit Zucker → daher wird apopl. Weg gewählt (da Transp. Nach Konzentrationsgradienten schwierig ist) Innen: pos. Ladung; außen neg. → Zucker wird aufgenommen v. außen Zucker wird aktiv in Zellen befördert → kostet E Chemiosmotischer Mechanismus Wasser folgt osmotisch nach

Zuckertransport von Quelle zur Senke - Aufgenommener Zucker in Siebröhrengliedern führt durch niedriges Wasserpotential zur Wasseraufnahme  - Aktive Beladung d. Siebröhrenglieder im oberen Teil d. Sprosses → werden aktiv beladen, Wasser folgt osm. Nach → pos. Druck → Wasser wird Richtung Senke weggedrückt → dort wird Zucker in Speicherorgan eingelagert → Wasser folgt nach - Der durch Wasseraufnahme erzeugte hydrostatische Druck treibt Bewegung des Phloemsafts an - Wenn Zucker in Senke entladen wird, fällt Druck in Siebröhre ab → Druckstrom - Kann auch von unten nach oben o. quer - Geschw. 1m/h - Wasserpotentialunterschiede durch Druck (im Phloem)

Zusammenfassung -

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Molekularer Membrantransport Diffusion  o Erleichterte Diffusion (Kanalproteine, Transportproteine) o Aktiver Transport (Protonenpumpen, Cotransporter) o Osmose  WasserhaushalteinerPflanzenzelle o Turgeszenz  o Plasmolyse  Wasserpotential(Lösungspotential,Druckpotential)  Wasser- u. Ionenaufnahme in Wurzel (Aufnahme der Bodenlösung, Kationenaustausch)  o Massenströmung  Wassertransport im Xylem o Wurzeldruck (Guttation) o Transpirationssog o Adhäsion und Kohäsion  Gasaustausch u. Transpiration durch Stomata (Spaltöffnungsbewegung)  Zuckertransport durch Phloem (Zuckerquelle, Zuckersenke, Druckstrom) ...