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Lichtreaktionen: Umwandlung von Lichtenergie in ATP und NADPH

Definition:

Lichtreaktionen: Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie (ATP und NADPH) in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten.

Details:

• Ort: Thylakoidmembranen der Chloroplasten
• Reaktionszentrum: Photosysteme II und I
• Photonenabsorption -> Anregung von Elektronen
• Elektronentransportkette: Elektronenübertragung in mehreren Schritten
• Erzeugung von Protonengradient (abla p und H+)
• ATP-Synthase: Protonengradient treibt ATP-Bildung to ADP + P -> ATP
• NADP+ wird zu NADPH reduziert
• Wichtige Reaktionen: 2 H2O \rightarrow 4 H^+ + 4 e^- + O2

Calvin-Zyklus: CO2-Fixierung und Synthese von Zucker

Definition:

Der Calvin-Zyklus fixiert CO2 und synthetisiert Zucker in den Chloroplasten von Pflanzen.

Details:

• Katalysiert durch das Enzym Rubisco
• Hauptphasen: Carboxylierung, Reduktion, Regeneration
• Reaktionsgleichung der Carboxylierung: \[ 3 \text{CO}_2 + 3 \text{Ribulose-1,5-bisphosphat} \rightarrow 6 \text{Glycerinsäure-3-phosphat} \]
• ATP und NADPH aus der Lichtreaktion notwendig
• Ergebnis: 1 Glucose (nach 6 Zyklen)

Wasseraufnahme durch die Wurzeln: Mechanismen und Wege

Definition:

Mechanismen und Wege der Wasseraufnahme durch die Wurzeln.

Details:

• Wasseraufnahme durch Osmose: Wasserpotentialdifferenz (\text{Δ\text{\textbf{ψ}}}) zwischen Boden und Wurzelzellen
• Apoplastischer Weg: Wasser bewegt sich durch Zellwände und Interzellularräume, umgeht die Zellmembranen
• Symplastischer Weg: Wasser durchquert Zellmembranen und durch Plasmodesmen direkt von Zelle zu Zelle
• Transmembranaler Weg: Wasser wechselt wiederholt Zellwände und -membranen, erfordert aktiven Transport
• Casparischer Streifen: Undurchlässige Schicht in der Endodermis, zwingt Wasser in den symplastischen Weg
• Wurzelhaare vergrößern die Oberfläche für Wasseraufnahme
• Wasseraufnahme beeinflusst durch Bodenfeuchtigkeit, Temperatur, Wurzeldruck und Transpiration

Transpiration: Wasserverlust und Regulation

Definition:

Prozess des Wasserverlusts durch Verdunstung über Spaltöffnungen (Stomata) bei Pflanzen.

Details:

• Funktion: Kühlung der Pflanze und Transport von Nährstoffen
• Regulation über Öffnen und Schließen der Stomata
• Beeinflussende Faktoren: Licht, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wind
• Wasserpotenzial \(\Psi\) und osmotische Kräfte beeinflussen Transpirationsrate
• Berechnung des Transpirationsstroms \[T = \frac{E}{{R}}\]

Makro- und Mikronährstoffe: Funktionen und Mangelerscheinungen

Definition:

Makro- und Mikronährstoffe sind essentielle Elemente für das Pflanzenwachstum und den Stoffwechsel.

Details:

• Makronährstoffe: Stickstoff (N), Phosphor (P), Kalium (K), Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Schwefel (S)
• Mikronährstoffe: Eisen (Fe), Mangan (Mn), Zink (Zn), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Bor (B), Chlor (Cl)
• Funktionen:
• Stickstoff (N): Proteinsynthese, Chlorophyll.
• Phosphor (P): Energieübertragung (ATP), DNA/RNA.
• Kalium (K): Enzymaktivierung, osmotische Regulation.
• Calcium (Ca): Zellwandstruktur, Signaltransduktion.
• Magnesium (Mg): Zentralatom Chlorophyll, Enzymaktivator.
• Schwefel (S): Aminosäuren (Cystein, Methionin).
• Eisen (Fe): Chlorophyllbildung, Elektronentransport.
• Mangan (Mn): Fotosynthese (Wasserspaltungskomplex), Enzymaktivierung.
• Zink (Zn): Enzymfunktion, Proteinsynthese.
• Kupfer (Cu): Elektronentransport (Cytochrome), Ligninbiosynthese.
• Molybdän (Mo): Enzyme (Nitratreduktase).
• Bor (B): Zellwandbildung, Kohlenhydratstoffwechsel.
• Chlor (Cl): Osmoregulation, Fotosynthese (Vermeidung von Chlorosen).
• Mangelerscheinungen:
• Stickstoffmangel: Chlorose, verkümmertes Wachstum.
• Phosphormangel: Dunkelgrüne Blätter, unterentwickelte Wurzeln.
• Kalium: Welken, Nekrosen.
• Calciummangel: Wachstumsstörungen, Nekrosen an jungen Blättern.
• Magnesiummangel: Interkostale Chlorosen (Blattadern bleiben grün).
• Schwefelmangel: Gelbfärbung junger Blätter.
• Eisenmangel: Chlorose junger Blätter.
• Manganmangel: Chlorose zwischen den Blattadern.
• Zinkmangel: Kleinwüchsigkeit (Mikroblätter).
• Kupfermangel: Welke, geringes Wachstum.
• Molybdänmangel: Chlorose, nekrotische Flecken.
• Bormangel: Verkrüppeltes Wachstum, Nekrosen.
• Chlormangel: Reduziertes Wachstum, Anzeichen von Welken.

Hormonelle Signalübertragung: Auxine, Gibberelline, Cytokinine

Definition:

Signalübertragung durch Pflanzenhormone wie Auxine, Gibberelline und Cytokinine zur Regulation von Wachstum, Entwicklung und Zellteilung.

Details:

• Auxine: Fördern Zellstreckung, Apikaldominanz, Wurzelwachstum.
• Gibberelline: Stimulieren Streckungswachstum, Keimung, Blütenbildung.
• Cytokinine: Fördern Zellteilung, Verzögerung des Blattalterns, Sprossentwicklung.
• Auxin-Transport: Polarer Transport durch PIN-Proteine.
• Gibberelline-Signalkaskade: GA-Rezeptor GID1, Abbau des Hemmproteins DELLA.
• Cytokinin-Signalweg: Zweikomponenten-System: Histidinkinase-Rezeptor, Phosphorelay.

Genregulation durch Signale: Ein- und Ausschalten von Genen

Definition:

Zelluläre Signale aktivieren oder unterdrücken die Genexpression. Dies durch Transkriptionsfaktoren, die an spezifische DNA-Sequenzen binden.

Details:

• Signale: Licht, Hormone, biotische und abiotische Faktoren
• Transkriptionsfaktoren: Aktivatoren oder Repressoren
• Epigenetische Kontrolle: Methylierung, Histonmodifikation
• Signaltransduktionswege, z.B. MAPK-Kaskade
• Beispiel: Lichtabhängige Genregulation durch Phytochrome

Einfluss von Umweltbedingungen auf die Pflanzenernährung

Definition:

Unterschiedliche Umweltbedingungen beeinflussen die Aufnahme und Verfügbarkeit von Nährstoffen für Pflanzen.

Details:

• Temperatur: Beeinflusst Enzymaktivität und damit die Nährstoffaufnahme.
• Boden-pH: Bestimmt die Löslichkeit von Nährstoffen.
• Licht: Wichtig für Photosynthese und daraus resultierende Nährstoffproduktion.
• Wasserverfügbarkeit: Wesentlich für den Transport von Nährstoffen durch die Pflanze.
• Luftqualität: Einfluss auf stomatäre Bewegung und damit auf Transpiration und Nährstoffaufnahme.
• Bodenstruktur: Beeinflusst Wurzelwachstum und Nährstoffzugänglichkeit.