Fachmodul Molekulare Pflanzenphysiologie II - Cheatsheet

Photosynthese und Atmung

Definition:

Photosynthese: Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt (Glucose), Atmung: Energie aus Glucose gewonnen.

Details:

• Photosynthese-Gleichung: \[6 CO_2 + 6 H_2O + Lichtenergie \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6 O_2\]
• Atmung-Gleichung: \[C_6H_{12}O_6 + 6 O_2 \rightarrow 6 CO_2 + 6 H_2O + Energie (ATP)\]
• Orte: Chloroplasten (Photosynthese), Mitochondrien (Atmung)
• Phasen der Photosynthese: Lichtabhängige Reaktionen (Thylakoidmembran), Calvin-Zyklus (Stroma)
• Phasen der Atmung: Glykolyse (Zytoplasma), Krebs-Zyklus (Mitochondrien-Matrix), Elektronentransportkette (Mitochondrienmembran)
• Nettogewinn der Atmung: ~30-32 ATP pro Glucose

Hormonelle Regulation

Definition:

Regulation der Pflanzenentwicklung und -antworten durch Hormone.

Details:

• Pflanzenhormone: Auxine, Cytokinine, Gibberelline, Abscisinsäure, Ethylen, Brassinosteroide, Jasmonat, Salicylsäure.
• Auxine: Zellstreckung, Wurzelbildung, Apikaldominanz, Tropismen.
• Cytokinine: Zellteilung, Verzögerung der Seneszenz, Sprossentwicklung.
• Gibberelline: Samenkeimung, Sprosswachstum, Blüten- und Fruchtentwicklung.
• Abscisinsäure (ABA): Stressantwort, Samenruhe, Schließung der Stomata.
• Ethylen: Fruchtreifung, Seneszenz, Antwort auf mechanischen Stress.
• Brassinosteroide: Zellstreckung, Differenzierung, Stressantwort.
• Jasmonat: Abwehrantworten, Fruchtentwicklung.
• Salicylsäure: Pathogenantwort, systemische erworbene Resistenz (SAR).

Signaltransduktionswege

Definition:

Kaskaden von biochemischen Ereignissen, die zur zellulären Antwort auf externe Reize führen.

Details:

• Schlüsselkomponenten: Rezeptoren, second messenger, Protein-Kinasen/-Phosphatasen
• Typische Signalwege: MAPK-Kaskade, Ca²⁺-Signaling, Hormonsignalwege
• Kaskadenschritte: Wahrnehmung (Rezeptor), Weiterleitung (second messenger), Antwort (Genaktivierung)
• Wichtige Pflanzenhormone: Auxin, Cytokinin, Abscisinsäure, Gibberelline, Brassinosteroide
• Regulation durch Phosphorylierung/Dephosphorylierung
• Integration von Umwelt- und Entwicklungsreizen

Reaktionen auf Trockenstress

Definition:

Pflanzenantworten auf Wassermangel zur Erhaltung der Überlebensfähigkeit.

Details:

• Schließung der Stomata zur Reduzierung des Wasserverlusts
• Erhöhung der WUR (Wasserverbrauchseffizienz)
• Osmotische Anpassung durch Akkumulation von kompatiblen Soluten (z.B. Prolin, Betain)
• Veränderung des Wurzel-Wachstums zur besseren Wasseraufnahme
• Expression von Trockenstress-induzierten Genen (z.B. DREB, AREB)
• Produktion von Abscisinsäure (ABA) zur Steuerung von Stressantworten
• Aktivierung antioxidativer Systeme zur Vermeidung von oxidativem Stress

Oxidativer Stress und Schutzsysteme

Definition:

Oxidativer Stress entsteht durch ein Ungleichgewicht zwischen reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und antioxidativen Abwehrmechanismen.

Details:

• Typen von ROS: \(\text{O}_2^-, \text{H}_2\text{O}_2, \bullet \text{OH}\)
• Schäden: Lipidperoxidation, DNA-Schäden, Proteindenaturierung
• Antioxidative Enzyme: \(\text{Superoxiddismutase (SOD), Katalase, Ascorbatperoxidase (APX)}\)
• Nicht-enzymatische Antioxidantien: Ascorbinsäure (ASC), Glutathion (GSH), Tocopherol
• ROS-Bildung: Photosynthese, Zellatmung
• ROS-Abbau: \(\text{SOD: } \text{O}_2^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}_2\), \(\text{Katalase und APX: } \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\)

RNA-Silencing

Definition:

Ein Prozess, bei dem RNA-Moleküle die Genexpression durch Degradation oder Hemmung der mRNA steuern.

Details:

• Hauptkomponenten: siRNA, miRNA
• Dicer enzymatische Verarbeitung von doppelsträngiger RNA zu siRNA
• miRNA entsteht aus prä-miRNA-Haarnadelschleifen
• RISC (RNA-induced silencing complex) bindet siRNA/miRNA, erkennt und schneidet Ziel-mRNA
• Schlüsselmechanismus für Verteidigung gegen Viren und Regulation der Genexpression in Pflanzen

Calcium-Signaling

Definition:

Calcium-Signaling: Ca²⁺ als sekundärer Messenger in pflanzlichen Zellen; moduliert durch Ca²⁺-Kanäle und Pumpen; entscheidend für Reaktionen auf biotische und abiotische Stressfaktoren.

Details:

• Ca²⁺-Signale entstehen durch zeitliche und räumliche Veränderungen der zytosolischen Ca²⁺-Konzentration.
• Wichtige Kanäle: Zwei-Poren-Kalcium-Kanäle (TPCs), Glutamat-Rezeptor-ähnliche Kanäle (GLRs), CNGCs.
• Speichersysteme: Vakuole, ER, Chloroplasten.
• Ca²⁺-abhängige Proteine: Calmodulin (CaM), Ca²⁺-abhängige Proteinkinasen (CDPKs).
• Rolle bei Signaltransduktionswegen, z.B. Abwehrmechanismen, Wachstumsregulation, Entwicklung.

Anwendungen der CRISPR-Technologie

Definition:

CRISPR/Cas-Technologie ermöglicht gezielte Genom-Editierung bei Pflanzen, um deren Funktion zu studieren oder neue Eigenschaften einzuführen.

Details:

• Gezielte Mutation: Einfügung oder Deletion von Genen
• Genom-Editierung: Punktmutationen generieren
• Steigerung der Resistenz: Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten und Schädlinge
• Ertragssteigerung: Optimierung von Wachstumsbedingungen und Nährstoffaufnahme
• Qualitätsverbesserung: Verbessern von Eigenschaften wie Geschmack oder Gehalt von Nährstoffen
• Ökologische Vorteile: Reduktion des Bedarfs an Chemikalien