Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 1 Pflanzenphysiologie Thomas Boller Sommersemester 2010 Montag, 8 – 10 www.plantbiology.unibas.ch/teaching/pflanzenphysiologie/ index.htm Dass ich erkenne, was die Welt Im innersten zusammenhält, Schau alle Wirkungskraft und Samen ...
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Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 1 Titel Pflanzenphysiologie Thomas Boller Sommersemester 2010 Montag, 8 – 10 .
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Sammel-Falle: Chlorophyll mit der niedrigsten Aktivierungsenergie im Reaktionszentrum!
Photosynthetische Antennen
Skript, p. 29
"Light Harvesting Complexes" (LHC-II, LHC-I) bringen Energie zum Reaktionszentrum
PAR (400-700 nm)energiereich energiearm
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 17
Elektronentransport: Z-Schema
Nichtzyklischer Elektronentransport:ATP und NADPH
Photosystem I
Elektronentransport: Z-Schema
Photosystem II: Wasserspaltung
Skript, p. 29
Red
ox-
En
erg
ie
Zyklischer Elektronentransport:ATP
ATPATP
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 18
Die universale Energie-Währung: ATP
ATP Synthase
ATPase
Adenosinmonophosphat (AMP)
ATP
Adenosindiphosphat (ADP)
Adenosintriphosphat (ATP)
nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 19
Die universalen Elektronendonoren: NADH und NADPH
Reduzierte Form, energiereich = Reduktionsmittel
Zwei Elektronen („H“, Reduktions-äquivalente)
Oxidierte Form:energiearmer Zustand
NADH und NADPH
nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 20
Strukturmodell der Thylakoidmembran
Strukturmodell der Thylakoid-Membran
Skript, p. 30
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 21
Strukturmodell der Thylakoidmembran
Strukturmodell der Thylakoid-Membran
Skript, p. 30
Gesamt-Effekt des nichtzyklischen Elektronentransports:
pH-Gradient
Pro zwei Elektronen wird ein energiereiches NADPH + H+ gebildet!
Pro Elektron werden zwei Protonen vom "Stroma" ins "Lumen" befördert!
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 22
Strukturmodell der Thylakoidmembran
Strukturmodell der Thylakoid-Membran
Skript, p. 30
pH-Gradient
Gesamt-Effekt des zyklischen Elektronentransports:
Pro Elektron wird ein Proton vom "Stroma" ins "Lumen" befördert!
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 23
Ausnützung des Protonengradienten durch die "ATPase"
Strukturmodell der Thylakoid-Membran
Skript, p. 30
Die "Proton-Motive Force" (PMF) wird zur Synthese von ATP ausgenützt
pH-Gradient
Die "ATPase" der Chloroplasten wirkt in der Natur als "ATP-Synthase"
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 24
Der ATP-Synthase („ATPase“) der Thylakoide
"Kopf" = CF1
"Stiel" = CF0
ATP Synthase
Skript, p. 30
pH-Gradient (Proton-motive force, "PMF")
H+
H+
pH = 8
pH = 5
ATP ADP + Pi
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 25
Herkunft der Bausteine der Thylakoidmembran
Rot: im Chloroplasten-Genom codiert
Blaugrau: Im Kern-Genom codiert
Herkunft der Bausteine der Thylakoidmembran
nicht im Skript
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 26
Dunkelreaktion: Calvin-Zyklus
Assimilation von CO2!Akzeptor =RuBP
Reduktion von Glycerat-3-phosphat
Regeneration des Akzeptors:aus 5 x C3 >>> 3 X C5
Produkte der Lichtreaktion
Schema Calvin-Cyclus
Skript, p. 31
Rubisco - das wichtigste Enzym der Welt
Erstes Produkt:Glycerat-3-Phosphat
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 27
RuBisCo – das wichtigste Enzym der Welt
3-Phospho-glycerin-säure
Engl:3-PGA
"Normalfall": Verarbeitung von CO2
Photosynthese
"Spezialfall": Verarbeitung von O2
Photorespiration
Rubisco
Skript, p. 31
Ribulose-1,5-bisphosphat
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 28
Reduktion von 3-PGA unter Einsatz von ATP und NADPH
Reduktion mit NADPH
Reduktion von 3-PGA
Aktivierung durch Phosphorylierung
Skript, p. 32
Glyceratphosphat-Kinase
Glycerinaldehydphosphat-Dehydrogenase
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 29
Was passiert mit den Photosynthese-Produkten?
Im Chloroplasten:Stärke-Synthese
Im Cytoplasma:Saccharose-
Synthese
Was passiert mit den Photosynthese-Produkten?
Skript, p. 32
Im Chloroplasten:Lipid-Synthese
Export von Triose-Phosphat:Triosephosphat-Translocator
Export von Triose-Phosphat:Triosephosphat-Translocator
Photorespiration:Export von Glycolat
Neu: Exportvon Maltose
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 30
C4-Pflanzen: "Kranz"-Struktur
C3
C4
Kranz-Struktur
Skript, p. 33
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 31
C4-Pflanzen: Dimorphismus der Chloroplasten
Mesophyll:Grana dominieren
Bündelscheide: Stroma dominiert
Dimorphismus der Chloroplasten
Skript, p. 33
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 32
C3- und C4-Pflanzen: Kurzzeit-Markierung mit 14C-CO2
C4: Kurzzeit-Markierung
Nach 2 sec: 90 % der Radioaktivität in Glycerat-3-Phosphat (C3)!
Nach 4 sec: 85 % der Radioaktivität in Malat/Aspartat (C4)!
Skript, p. 34
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 33
C4-Metabolismus: Kooperation von Zellen
Fixation von CO2 (genauer: HCO3
-)
Räumliche Trennung von Fixation und Assimilation
Assimilation von CO2
Malat-Dehydrogenase
PEP-Carboxylase
Malat-Enzym
Pyruvat-Phosphat-Dikinase
C4: Räumliche Trennung von Fixation und Assimilation
Skript, p. 34
Wieder-Freisetzung von CO2
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 34
CAM: Crassulacean Acid Metabolism
C3
CAM
CAM-Pflanzen im Tageslauf
Skript, p. 35
Tagesperiodischer Verlauf des Gaswechsels: Vergleich C3 - CAM
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 35
Fixation von CO2 (genauer: HCO3
-)Assimilation von CO2
Wieder-Freisetzung von CO2
Malat-Dehydrogenase
PEP-Carboxylase
Malat-Enzym
CAM: Zeitliche Trennung von Fixation und Assimilation
Skript, p. 35
CAM: Crassulacean Acid MetabolismZeitliche Trennung von Fixation und Assimilation
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 36
Konvergente Evolution bei CAM-Pflanzen
Gymnocalycium asterias, eine Kaktee aus Mittelamerika
Euphorbia gymnocalycoides, eine 1982 entdeckte Euphorbiacee aus Äthiopien
Konvergente Evolution
Skript, p. 36
Pflanzenphysiologie 03 (22. März 2010) - 37
Frage der Woche: Wasserpflanzen als CAM-Pflanzen?
Überraschenderweise gibt es auch CAM-Pflanzen, die im Wasser leben, z.B. Ver-schiedene Arten aus der Gattung der Brachsenkräuter, Isoëtes (aus der ur-tümlichen Klasse der Bärlappgewächse, Lycopodiopsida). In der Schweiz kommt Isoëtes lacustris als höchst seltene Pflanze in einigen Bergseen im Gott-hardgebiet und im Oberwallis vor.
Frage der Woche:
Was könnte der Grund dafür sein, dass sich diese Pflanzen physiologisch wie Kakteen verhalten?