Zusammenfassung CAM C4 und Organellen PDF

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Sommersemester...

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Ökologische Adaptionen der Pflanzen C3-Pflanzen -

Erste Produkte: C3 organische Säuren  Phosphogycerat Meisten Pflanzen

D-Ribulose-1,5biphosphat ---- CO2 und Rubisco ------ > 2 3-Phosphoglycerat

Abb. Struktrurformeln der oben geannten Gleichung -

Durch Calvin-Zyklus wurde herausgefunden, dass Zb Mais anderen Stoffwechselweg beschritten wird

C4-Pflanzen -

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Erste Produkte C4 Organische Säuren Untere Epidermis bedeckt von Wasser- und Gasundruchlässiger Schicht  Kein Co2 kommt durch Lösung: Stomata: Poren, die sich öffnen können und dadurch kann CO2 diffundieren Pflanzen brauchen Transportbahnen, um Photosynthesemoleküle zu transportieren in C4 Pflanzen: von Bündelscheidzellen kranzartig umgeben = Krankatome = wichtiges Erkennungsmerkmal Räumliche Trennung von primärer Co2 Fixierung in Mesophyllzellen + Calvinzyklus in Bündelscheidzellen Typisch für subtropische Gräser  Mais, Hirse. Zuckerrohr

Mesophylzellen Co2 in H20 gelöst ..> HCO3 –

Abb was passiert in den Mesophyllzellem -

CO2-Fixierung: Bildung von Oxalaetat aus PEP (Cytosol) Transportform des fixierten CO2: Malat  in Chloroplasten der Bündelscheidenzellen

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Bündelscheidenzellen: CO2 Freisetzung

Abb. CO2 Freisetzung in den Bündelscheidenzellen -

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Rückschleusung von Pyruvat in Mesophyllzellen Co2 Freisetzung / refixierung über Rubisco NADPH wird regeneriert  man braucht keine Granathylakoide, denn Stromathylakoide reichen Vorteile: in ihnen sehr hohe CO2 Konezntration  keine Photorespiratiom da genügend Substrat  Calvin-Zyklus ungestört

Mesophylzellen: Regeneration von PEP

Abb. Regeneration des PEP in den Mesophyllzellen

Zusammenfassung: -

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Mesophyllzellen: - CO2-Fixierung: Bildung vo Oxalacetat aus PEP (Cytosol) und Reduktion Oxalacetat zu Malat (Chloroplast) - Malat = Transportform des fixierten CO2 (Transport von Büdenlscheidenzellen  Chloroplasten( - Regeneration von PEP aus Pyruvat (Pyruvat-Phosphat-Dikinase) Bündelscheidenzellen: - Co2 Freisetzung/ -refixierung über RUBISCO nur Photosystem I in Bündelscheidenzellen  kaum / keine Granathylakoide Keine Sauerstoffgeneration

Vergleich C3/C4 Pflanze -

CO2-Abhängigkeit bei nicht limitierendem Lichtangebot C4 steigt bei geringem CO2-Bereich schon steil an Grund: hohe Affinität der PEP-Carboxylase

Abb: Folie 84 -

CO2 Menge unter der Glasglocke begrenzt  Konzentration nimmt mit der Zeit ab C3 Pflanze verliert CO2 durch Zellatmung, C4 Pflanze überlebt

Abb: Versuch mit C3 und C4 Pflanze unter einer Glasglocke, CO2 begrenzt Spaltöffnung – Stromata -

Blätter überzogen von gas/wasserundruchlässiger Schicht  mit Stromata durchzogen, diese können sich öffnen Nur wenn Wasser da ist, denn sonst geht dabei H2O raus  Dürre: Stromata geschlossen, nur wenig CO2 geht durch

CO2-Abhängigkeit bei nicht limitierendem Lichtangebot -

Wenn Wassermangel da ist, kann die C4 Pflanze ihre Spalten ein wenig öffnen und troztdem Fotosynthese betreiben C3 versagt im Vergleich

Abb: CO2 Abhängigkeit bei nicht limitierendem Lichtangebot

C4-Pflanze – Vorteile -

Höhere Effizeiz der PEP-Carboxylase  Rubisco arbeitet bei lokal erhöhten CO2Konzentration  Effizientere Photosynthese + höherer Stoffgewinn  Hohe Nettophotosynthese bei geringer Stomataöffnung und geringem Wasserverlust  Geringere Photorespiration, weil CO2 Konezntration so hoch ist

C4 Pflanze – Nachteile -

Verbrauch von 2 ATP pro CO2

Lichtabhängigkeit bei limitierendem CO2-Angebot -

Bei geringen Lichtstärken ist C4 Pflanze nicht gut angepasst  höherer Kompensationspunkt Unter Lichtsmangel im Nachteilung

Abb. Lichtabhängigkeit bei limitierendem CO2 Angebot CAM-Pflanzen = Crassulaceen Acid Metabolism -

Dickblattgewächse (Kalanchoe, Bryophyllum)  viele Kakteen, Anana  Blätter fleischig, speichern gut Wasser  ideal für trockene Gebiete Nicht alle Sukkulenten sind CAM-Pflanzen Zeitliche Trennung von primärer Co2-Fixierung über C4 organische Säuren und Calvinzyklus = diurnaler Säurezyklus

Nachts: Akkumulation von C4-Säuren (CO2-Fixierung durch PEP Carboxylase wie C4), Oxalat und vorallem Malat; Speicherung in der Vakuole  nachts pH = 3,5/4 Tags: CO2-Freisetzung und Refixierung über Rubiscos Vorteil: Reduktion des Wasserverlustes  Stomata im Extremfall tags geschlossen

Abb: Folie 92 – Säurezyklus der Sukkulenten (CAM)

Abb: Folie 93 – C4 Pflanzen und CAM Pflanzen Ökologische Adaptionen bei Pflanzen -

C3 Pflanzen: erste Produkte C3, organische Säuren C4 Pflanzen: erste Produkte C4 organische Säuren CAM Pflanzen: nachts Akkumulation von C4-Säuren

Mitochondieren -

Von 2 Biomembranen umschlossen wie Chloroplasten Ringförmiges Genom 20-80 kb, eigene Transkription, Proteinbiosynthese etc  Endosymbiontentheorie Funktion: Kompartiment der Respiration dh ATP-Erzeugung (Atmungskette und Citratzyklus) Größe 0,5-1 Mikrometer

Abb. Folie 97 – was passiert im Mitochondrium

Vakuole -

Entstehung aus Endomembransystem (ER, Golgi) Größtes Zellorganell (bis 95% des Zellvolumens, ermöglicht rasches Wachstum) Saures Kompartiment: pH = 4.5 bis 6,5 (V-ATPase, PP-ATPase) Funktion: - lysosomales Kompartiment  lytische Enzyme (Proteasen), Abbau und Ausscheidungsprodukte zB Calciumoxala - Speicherkompartiment  organische Säuren (Malat), Ionen (K+, NO3+, So4 2-…), Zukcer (Saccharose) und Sekundärstoffe (Farb, Gerbstoffe und Alkaloide) - Speichervakuole /Leguminosen & Getreidekörner) = Protein

Saccharose (Rohrzukcer) lieferende Nutzpflanzen -

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Zuckerrohr (Saccharum officinarum) - C4 Pflanze - Saccharose in Vakuole von Zellen der Sproßachse angereichert Zuckerrübe (Beta volgaris, subs vulgaris) - Saccharose in Vakuolen von Zellen der Wurzelrüber angereichert

Peroxisom -

Entstehung aus Endomembransystem (ER, Golgi) Größe 0,5-1,5 Mikrometer Kompartiment der Photorespiration Kompartiment des Fsabbaus  bei fettspeichernden Samen als Glyoxysom bezeichnet zB Raps und Sonnenblumen Kompartmien der H2P2 Detoxifizierung durch Katalase (Leitenzym der Peroxisomen)

Glykosom -

Kompartiment des Fsabbaus Währed der Keimung fettspeichernde Samen in großen Mengen gebiltet Glyoxysome werden mit Aufnahme der Photosynthese in die Zellen des Keimlings in Peroxisome umgebaut

Abb: Folie 107 – Peroxisom, Übergangszustand und Glykosom...