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1. Semester Grundlagen Biologie (Subject) / 1.VL (Lesson)

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• • Welche Makroelemente sind in Organismen vorhanden? o COHNS Magnus Kocht Prima CaFe (C,O,H,N,S,Mg,K,P,Ca,Fe)  
• Welche wichtigen Gruppen von Biomolekülen gibt es? o   Aminosäuren, Lipide, Kohlenhydrate, Nucleinsäure/DNA o   Kohlenhydrate: Kohlenstoff- und Energiequelle, häufigste Verbindung auf der Erde, Gerüstsubstanz bei Pflanzen o   Aminosäuren -> Proteine: Enzyme (Katalysieren Stoffwechselreaktionen), Körperstrukturen bei Tieren, toxine o   Lipide: Reservestoff, Aufbau biologischer Membranen (Phospholipide) o   Nucleinsäure:  Ribose + Purin- oder Pyrimidinbasen + Phosphat, genetische Information, RNA mit enzymatischer Aktivität, Energiewährung (z.B. ATP) 
• • Welche Organellen finden sich ausschließlich bei Pflanzen? o   Zellwand, Chloroplasten, Vakuole  
• • Was haben alle Zellen? o   Zellmembran & Ribosomen  
• Welche Organellen haben nur die Eukaryoten (Pflanzen+Tiere)?   Kernmembran, Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Peroxisomen, Microbodies, Cytoskelett   
• ϖ Welche Organellen enthalten DNA? o   Mitochondrien, Nucleolus & Plastiden (Pflanzen)  
• ϖ Welche Ribosomenformen kennen Sie? o   70S & 80S Ribosomen (S=Sweatberg à Größeneinheit)  
• ϖ Was ist eine Vakuole? o   Der mit Zellsaft gefüllte und vom Cytoplasma umgebene Innenraum der Pflanzenzelle, welche u.A. für Zelldruck und die Stoffspeicherung zuständig ist.  
• ϖ Was ist Osmose, was ist Diffusion? o   Diffusion ist der passive Transport von Molekülen entlang eines Konzentrationsgradienten, welcher einen Konzentrationsausgleich anstrebt o   Osmose ist die Diffusion durch eine semipermeablen bzw. selektiv permeablen Membran.
• ϖ Was versteht man unter der „Endosymbiontenthorie“ und welcher Argumente sprechen dafür? o   Entstehung der Eukaryotenzelle durch Endozytose von Cyanobakterien von räuberischen Prokaryoten. Hierbei kam es aber zur keiner Verdauung, sondern zu einer Umfunktionierung der Zellorganellen (Symbiose). Dadurch entsteht der Organismus mit spezialisierten Funktionen der Organellen (heterotrophe Mitochondrien & autotrophe Mitochondrien und Chloroplasten) o   Für diese „Theorie“ spricht, dass sowohl die Mitochondrien, als auch die Plastiden eine eigene DNA, Ribosomen und eine Hülle aus zwei Membranen besitzen.
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• Beschreiben Sie den Aufbau eines typischen Chloroplasten! o Chloroplasten sind von einer Doppelmembran (Plastidenhülle) umgeben. Die Plastidenhülle umgibt das Stroma, in dem sich die Thylakoide befinden.
• Definieren Sie Gewebe Verband gleichartiger Zellen  
• Definieren Sie Organe Räumlich abgegrenzte funktionelle Gewebesysteme: - vegetative Organe (Sprossachse, Blatt, Wurzel) - Fortpflanzungsorgane  
• Nennen Sie 5 Aussagen zu dem Vegetationskörper der Pflanzen! o   Pflanzen sind autotrophe Organismen, die ihre Biomasse aus anorganischen Substanzen aufbauen (H2O, CO2, N, PO4) o   Körperfläche maximiert --> größtmöglicher Stoffaustausch zwischen Organismus & Umwelt o   Pflanzen sind „offene“ Organismen, Organe sind in Vielzahl vorhanden, keine zentralen Organe o   Alle höheren Landpflanzen durch gemeinsamen Vegetationskörper charakterisiert:      --> Kormus: Blatt, Sprossachse, Wurzel o   Vegetationskörper der niedrigeren Pflanzen (Algen, Pilze, Mose) à Thallus
• ϖ Wie ist die Grundorganisation des Kormus. Welche Hauptfunktionen haben die Organe: o   Blattorgane:    --> Stets an der Sprossachse, nie an Wurzel à Photosynthese, Transpiration o   Sprossachse:    -->  Bildet Seitensprosse zu der Achsel von Blattorganen, Festigkeit, Transport zwischen Blatt & Wurzel o   Wurzel:  --> Bildet „endogene“ Seitenwurzeln, entsteht an der Sprossachse (sprossbürtige Wurzel), Aufnahme von Wasser & Nährstoffen
• ϖ Nennen Sie die wichtigsten Zeitalter im Laufe der Evolution der Landpflanzen und die jeweils vorherrschenden Pflanzengruppen.  Paläophytikum (v. ca. 400-250 Mio. Jahren) à Farnzeitalter o   Evolution der Grundorgane des Kormus o   Entstehung der Steinkohlewälder o   Massensterben der Farne durch trockene Bedingungen im Pern o   Entstehung von Blatt & Wurzelorganen aus Telomen (einfache Gabelsprosse) ·      Mesophytikum (v. ca. 250-90 Mio. Jahren) à Zeitalter der Nacktsamer o   Evolution der Insektenbestäubung am Ende dieser Phase o   Befruchtung wasserunabhängig o   Gewebe im Sprossbereich wurde weiterentwickelt ·      Känophytikum (v. ca.       100 Mio. Jahren) à Zeitalter der Bedecktsamer o   Erwachen der Bedecktsamer o   Unter feuchttropischen Bedingungen im Tertiär §  Entstehung von Braunkohlewäldern o   Bildung von heutigen Hochgebieten o   Eiszeiten: Aussterben vieler Arten in Europa o   Großer Artenreichtum durch Koevolution von Insekten und Pflanzen o   Viele krautige Pflanzen o   Metamorphose von Pflanzenorganen o   Entwicklung im Bereich der Blüte    --> Grundorgane haben sich aus einfachen Gabelsprossen (Telomen) entwickelt    -->  Entwicklung höherer Pflanzen in 3 Phasen (Paläophytikum, Mesophytikum, Känophytikum)
• ϖ Nennen Sie die Herausforderungen an den Pflanzenkörper, welche die Besiedlung des Landes für Pflanzen mit sich brachte. Wasserauftreibung und Verdunstungsschutz       o   Cuticula dicke Gewebeschicht (meist mit Wachs) umgibt die Epidermis ·      Stabilisierung (neue Einflüsse, wie Schwerkraft und Wind)       o   Sprossachse ·      Nährstoffe nicht mehr im Wasser gelöst       o   Ausbildung des Leitbündelsystems (Stele)
• ϖ Geben Sie einen Überblick über die wichtigsten Gewebetypen in Pflanzen und definieren Sie Gewebe  Gewebe: Verband relativer gleichartiger Zellen mit gleicher Funktion    1.     Bildungsgewebe (Meristeme):    2.     Dauergewebe       a.     Grundgewebe: Parenchym, Festigungsgewebe (Kollenchym: lebend, Sklerenchym: tot)       b.      Leitgewebe: Phloem/Xylem       c.     Abschlussgewebe: Epidermis (primäres), Endodermis, Kork (Periderm, sekundäres), Ausscheidungsgewebe
• Definiere Kormus Vegetationskörper, der in Sprossachse, Blatt und Wurzel gegliedert ist  
• Definiere Telom ein einfacher Gabelspross
• Definiere Stele ·      Ein Leitbündelsystem (Gesamtheit der Leitbündel in einem Pflanzenkörper)  
• Definiere Blüte ein Kurzspross, der mit Blättern besetzt ist, die der Fortpflanzung dienen  
• Welche Hauptfunktionen hat das Blatt Photosynthese und Transpiration  
• Welche Aufgaben hat das Leitbündel und woraus besteht es? ·      Xylem (t. Z): Leitung von Wasser und anorganischen Nährionen ·      Phloem (lebende Zellen): Transport organischer Verbindungen Fehlt: Woraus besteht es (evtl. Siebröhren & Geleitzellen usw.)
• ϖ Nennen Sie jeweils drei Beispiele für Metamorphosen im Bereich des Blattes der höheren Pflanzen! o   Umwelt: Schwimmblatt, Nadelblatt, Blattdornen o   Pflanze-Insekt-Interaktion: Eiattrappen, Gleitfallenblumen, Vortäuschung von Paarungspartnern der Bestäuber o   Carnivorie: Klapp-, Kleb- und Saugfallen
• • Schnitt des Blattes: 4 Schichten a.     Obere Epidermis (mit Wachsschicht -> Cuticula):     -->Wasserundurchlässige Abschlussschicht b.     Palisadengewebe:    -->  80% aller Chloroplasten -> Photosynthese Dazwischen Leitbündel in der Blattader c.     Schwammgewebe:    -->  Wenige Chloroplasten, große Oberfläche à Gasaustausch d.     Untere Epidermis (inkl. Cuticula) & mit Schließzellen (Spaltöffnungen)    -->  Wasserundurchlässige Abschlussschicht Ø  Gas- & Wasseraustausch mit der Umgebung
• Was passiert bei der Photosynthese? o   Chloroplasten führen die Photosynthese durch und haben eine eigene DNA o   Grundgleichung: CO2 + H2O --(Licht)--> (CH2O) +O2      -  Lässt sich aber in Licht- und Dunkelreaktion (Calvinzyklus) aufteilen o   Chlorophyll absorbiert blaues und rotes Licht, sodass grün abgestrahlt wird o   Lichtreaktion (im Granum):       -  Lichtenergie wird über eine Elektronentransportkette in chemische Energie (NADPH,             sog. Reduktionsäquivalente und ATP umgewandelt)       -  Dabei wird Wasser in elementaren Sauerstoff und H+-Ionen gespalten       -  Die Reduktionsäquivalente werden in der Dunkelreaktion zur Reduktion von CO2 zur Kohlenhydraten genutzt o   Temperaturabhängigkeit der Calvin-Reaktion: Statt CO2 wird auch Sauerstoff auf C5-Gerüst übertragen (Oxygenäsereaktion, Photorespiration) --> Energieverlust
• Was versteht man unter Photorespiration und welche Anpassungen gibt es bei Pflanzen um diese zu umgehen? Die Photorespiration kann im Zuge der Kohlenstoffdioxidfixierung im Calvin-Zyklus während der Photosynthese auftreten. Normalerweise nutzt das beteiligte Schlüsselenzym RuBisCO als Substrat Kohlenstoffdioxid, alternativ akzeptiert es aber auch Sauerstoff. Dadurch entsteht das toxische Stoffwechselprodukt 2-Phosphoglycolat, das nicht mehr im Calvin-Zyklus verwendet werden kann und daher durch andere biochemische Reaktionen umgewandelt werden muss. In höheren Pflanzen finden diese Reaktionen in drei eng benachbarten Zellkompartimenten statt: dem Chloroplasten, dem Peroxisom und dem Mitochondrium. Es handelt sich im Wesentlichen um einen Rückgewinnungsprozess. Die Nebenreaktion des Enzyms RuBisCO und das damit verbundene Auftreten des photorespiratorischen Stoffwechselweges liegt daran, dass RuBisCO sowohl CO2 wie auch O2 als Substrat umsetzt. Zwar ist die Affinität von RuBisCO zu CO2 höher als zu O2, der KM-Wert beträgt für CO2 9 µMol/l, für O2 350 µMol/l[17] und damit wird CO2 gegenüber O2 bevorzugt, jedoch ist die Konzentration von Sauerstoff im Wasser 20-mal höher als die von CO2.[18] Dadurch wird jedes vierte bis jedes zweite Molekül Ribulose-1,5-bisphosphat mit Sauerstoff anstatt Kohlenstoffdioxid umgesetzt. Da RuBisCO sowohl Kohlenstoffdioxid als auch Sauerstoff als Substrat verwenden kann, tritt die Oxygenasereaktion von RuBisCO umso häufiger auf, je höher die Sauerstoffkonzentration im Verhältnis zur Kohlenstoffdioxidkonzentration ist. Dieses Verhältnis steigt mit der Temperatur. Die Löslichkeit eines Gases fällt mit steigender Temperatur, bei CO2 jedoch stärker als bei O2 (vgl. Tabelle). Bei gleichem Verhältnis der Partialdrucke beider Gase verringert sich deshalb das Verhältnis von gelöstem CO2 zu gelöstem O2 mit steigender Temperatur. Für eine CO2-Fixierung wird es damit ungünstiger. Außerdem werden bei höheren Temperaturen die Spaltöffnungen des Blattes geschlossen, um den Wasserverlust der Pflanze zu verringern. Dies bedeutet, dass auch weniger CO2 in die Zelle gelangt, während der lokale O2-Gehalt durch Photolyseansteigt.[20] Hohe Temperaturen begünstigen infolgedessen die Photorespiration. So verfügen die im Wasser lebenden Grünalgen und Cyanobakterien über kohlenstoffdioxidkonzentrierende Mechanismen wie Pyrenoide bzw. Carboxysomen. Diese haben die Funktion, Kohlenstoffdioxid um das RuBisCO-Molekül herum anzureichern. Dadurch entsteht eine hohe lokale CO2-Konzentrationen, bei der RuBisCO kaum noch mit Sauerstoff reagiert. ______ o   Temperaturabhängigkeit der Calvin-Reaktion: Statt CO2 wird auch Sauerstoff auf C5-Gerüst übertragen (Oxygenäsereaktion, Photorespiration) à Energieverlust o   Je wärmer es ist, desto stärker ist die Photorespiration o   Zwei Auswege in warmen Klimata    -  C4-Stoffwechsel (räumliche Trennung von CO2-Übertragung und Calvon-Zyklus à in feucht-warmen Gebieten    -  CAM-Stoffwechsel (zeitlich Trennung von CO2-Übertragung & Calvinzyklus       -->      Trocken-warme Gebiete mit starken Temp.-schwankungen 

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