Bio 3 Kreimer - Biologie learn online

Biologie (Subject) / Bio 3 Kreimer (Lesson)

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1) Definieren Sie Wachstum und nennen Sie mindestens 4 verschiedene einfach zu bestimmende Wachstumsparameter Irreversible Zunahme eines bestimmten Wachstumsparameters pro Zeiteinheit. Zellzahl, Volumen, Masse, Proteinmenge
2) Erläutern Sie in Grundzügen die molekularen Mechanismen der Polaritätsinduktion am Beispiel der ersten inäqualen Teilung einer Zygote der Braunalge Fucus. Spermatozoid erzeugt bei Befruchtung Polarität. Durch Blaulichtbestrahlung oder Signalstoffe der Zygote in Abhängigkeit vom Seewasser kann eine neue Polaritätsachse induziert werden. Am Rhizoidpol werden Plasmalemma und Zellwand speziell modifiziert, Auswachsen setzt ein, das Centrosom richtet sich parallel zur Achse aus. => Zellteilungsachse wird festgelegt.
3) Welche im Licht enthaltene bzw. mit ihm verbundene Informationen können Pflanzen wahrnehmen? Quantität, Qualität, Richtung, Dauer
4) Definieren Sie kurz und eindeutig einen allgemeinen Photorezeptor Besteht generell aus Apoprotein und mindestens einem Chromophor, das teilweise ungesättigt ist. Sie können einen Lichtreiz in ein elektrisches oder chemisches Signal umwandeln.
5) In welchen Wellenlängenbereichen absorbieren folgende Photorezeptoren: Cryptochrome, Phototropine, Opsine, Phytochrom A, Phytochrom B? Cryptochrome, Phototropine: UV-A und Blaulicht Opsine: Grünes Licht Phytochrome: Hell und Dunkelrotes Licht, PhyA auch Blau
6) Welche chromophore Gruppe nutzen Phytochrome, Phototropine bzw. Cryptochrome? Phytochrome: lineares Tetrapyrol Phototropine: Flavin-Mononucleotid Cryptochrome: Flavin-Adenindinucleotid und Pterin
7) Wo wird die chromophore Gruppe der Phytochrome synthetisiert und wo/wie erfolgt ihr Einbau in das Phytochrom-Apoprotein? Synthese in den Plastiden, Einbau im Cytosol
8) Die folgenden Reaktionen von Höheren Pflanzen werden durch Licht reguliert: Samenkeimung, De-Etiolierung, Schatten-Vermeidung, Phototropismus, Chloroplasten- Verteilung innerhalb der Zelle, Stomata-Öffnung, circadiane Rhythmik, Blütenbildung. Welche dieser Reaktionen werden durch Phototropine, Cyrptochrome bzw. Phytochrome reguliert? Phytochrome: Samenkeimung, De-Etiolierung, Schattenvermeidung,circadiane Rhythmik, Blütenbildung Cryptochrome: circadiane Rhythmik, Blütenbildung, De-Etiolierung Photropine: Phototropismus, Chloroplasten-Verteilung, Stomata-Öffnung
9) Nennen Sie typische Photomorphosen/Skotomorphosen von Höheren Pflanzen, an denen das Phytochrom-System beteiligt ist. Welchen biologischen Sinn haben diese unterschiedlichen Entwicklungsstrategien? Skotomorphosen: Verlängerung der Internodien, Sprosstreckung in Richtung Licht Photomorphosen: Verzweigung, Blattentwicklung, Entwicklung des Wurzelsystems, alles zur Optimierung der Photosynthesefähigkeit
10) Erläutern Sie detailliert die molekulare Funktionsweise des Phytochroms. Erläutern Sie dabei auch, wie es zu Konformationsänderungen im Proteinteil nach Absorption von Licht kommt. Inaktives PR kann bei Bestrahlung mit hellrotem Licht in PFR umgewandelt werden. Dabei wird die Bindung C15-16 von trans nach cis isomerisiert. die folgende Verschiebung des D-Rings führt zu einer Konformationsänderung des Proteins. Bei Bestrahlung mit dunkelrotem Licht ist dieser Vorgang reversibel.
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11) Gibt es Lichtbedingungen, bei denen 100% des Phytochroms in der aktiven Form vorliegt? Wenn ja, bei welchen Wellenlängen? Wenn nein, warum nicht? Nein, selbst bei Bestrahlung mit monochromatischen Licht (660nm)bildet sich ein dynamisches Gleichgewicht. Ein kleiner Teil von PFR absorbiert das Licht und bildet sich zurück.
12) Sie führen folgendes Experiment zur Bestimmung des Einflusses von Licht auf die Keimung von Salat-Samen durch (Salat ist ein Licht-Keimer): Unter grünem Sicherheitslicht legen Sie in zwei Petrischalen im Dunklen vorgequollene Samen auf feuchtem Filterpapier aus. Schale A bestrahlen Sie direkt mit Weißlicht und Schale B mit Weißlicht, das durch eine Schicht von grünen Blättern gefiltert wird. Die Lichtintensität stellen Sie so ein, dass sie in beiden Fällen identisch ist. In welcher der beiden Schalen erwarten Sie die höhere Keimungsrate? Bitte begründen Sie kurz ihre Antwort. Grüne Blätter absorbieren einen Großteil des Lichts, es kommt hauptsächlich DR an,aber eben auch alle anderen Wellenlängen. Da Lichtkeimer aber schon auf geringste Mengen HR reagieren sollte die Keimungsrate in beiden Schalen vergleichbar sein.
13) Beschreiben Sie die Unterschiede zwischen Phytochrom A (Typ I Phytochrom) und den Phytochromen B-E (Typ II Phytochrome) PhyA hemmt eigene Synthese und wird in blauem/hellrotem Licht schnell abgebaut. Es ist deshalb nur in DR-Licht in hohen Konzentrationen vorhanden und ist deshalb wichtig für die Einleitung der Schattenvermeidungsreaktion.
15) Schildern Sie kurz ein Schlüssel-Experiment mit dessen Hilfe gezeigt wurde, dass der C- Terminus des Phytochrom B für die Signalweiterleitung nicht unbedingt notwendig ist. C-Terminus kann durch GUS und NLS-Sequenz ersetzt werden, Weiterleitung funktioniert trotzdem noch.
16) Phytochrom A und B sind im Dunkeln normalerweise im Cytosol lokalisiert. Beschreiben Sie in Grundzügen wie aktive Phytochrome eine differentielle Gen-Aktivierung vermitteln können! HR Licht aktivieren die Proteinkinasedomänen und machen die Kernimportsequenzen besser zugänglich. PhyDR wandert dann in den Zellkern und wird durch Phosphatasen modifiziert. Dephosphorylierte Formen können an Transkriptionsfaktoren binden und so eine Lichtantwort auslösen.
16) Phytochrom A und B sind im Dunkeln normalerweise im Cytosol lokalisiert. Beschreiben Sie in Grundzügen wie aktive Phytochrome eine differentielle Gen-Aktivierung vermitteln können! HR Licht aktivieren die Proteinkinasedomänen und machen die Kernimportsequenzen besser zugänglich. PhyDR wandert dann in den Zellkern und wird durch Phosphatasen modifiziert. Dephosphorylierte Formen können an Transkriptionsfaktoren binden und so eine Lichtantwort auslösen.
1) Nennen Sie vier wichtige Gruppen von Phytohormonen mit jeweils zwei charakteristischen Beispielen für ihre Wirkung 1. Ethylen: Beschleunigung Fruchtreife, Seneszenz,Abszission von Blättern / Früchten 2. Gibberelline: Geschlechtsdifferenzierung /Streckungswachstum, Samenkeimung 3. Auxine: Zellstreckung, hemmt CytokininZellzyklus-Kontrolle 4. Cytokinine: Zellteilung, Hemmung der Seneszenz,Hemmung Wurzelwachstum
2) Beschreiben Sie kurz und prägnant die experimentelle Herangehensweise von Went, mit der er 1926 zeigen konnte, dass Auxin entscheidend am Längen- bzw. Krümmungswachstum von Coleoptilen beteiligt ist. Er setzte Auxin "getränkte" Agarblöcke auf gestutzte Coleoptilsprossen. In Abhängigkeit zur Positionierung zeigten diese dann eine Reaktion von Wachstum/Krümmung
3) Beschreiben Sie ein einfaches Experiment, mit dem Sie den polaren, basipetalen Transport von Auxin im Spross nachweisen können. Aus einer Coleoptilen (Schutzorgan für das Keimblatt bei Monokotyledonen) im Wachstumsbe-reich werden zwei zylinderförmige Stücke ausgeschnitten.Zwei Agarblöcke werden in Indolessigsäure getränkt, die einen Radiocarbon-Tracer enthält. Ein Block wird auf das apikale, der andere auf das basale Schnittende des Coleoptilen-Zylinders aufgebracht. Auf die Schnittfläche auf der Gegenseite wird ebenfalls ein Agarblock aufgebracht, der aber nur etwas angefeuchtet wurde.Nach einiger Zeit wird an den beiden Blanko-Blöcken die Aktivität gemessen. Ergebnis: Nur an dem Zylinderpräparat, bei dem die radioaktive IAA am apikalen Ende aufgebracht wurde, kann dann am basalen Blanko-Block Radioaktivität gemessen werden. Durch ein weiteres Experiment mit Vertauschen der Ausrichtung (oben - unten) lässt sich feststellen, dass die Schwer-kraft hierbei keine Rolle spielt: Radioaktivität findet sich ausschließlich auf dem basalen Blanko-Blöckchen.
4) Zeichnen Sie die Strukturformel von Auxin und Ethylen ..
5) Erläutern Sie wie Auxin eine verstärkte Zellstreckung bewirken kann. 1. Auxin bindet an das Membranprotein ABP1 an, das mit bisher unbekannten weiteren integra-len Membranproteinen interagiert.2. Durch Aktivierung einer (integralen) ATPase werden unter ATP-Verbrauch Protonen in den Raum zwischen OM und Zellwand gepumpt  Hyperpolarisation, zusätzlich Aktivierung von Hydrolasen und Expansinen, die die Strukturen der Zellwand lockern.3. Über Ionenkanäle strömen Kalium-Ionen ins Cytosol, wodurch ein osmotischer Druck aufge-baut wird, infolgedessen Wasser ins Zellinnere strömt (Turgor-Aufbau), der dann eine Zellstre-ckung bewirkt.
6) Beschreiben Sie, eventuell mit Skizze, den polaren Transport von Auxin von Zelle zu Zelle im Spross. Berücksichtigen Sie dabei sowohl aktive als auch passive Transportprozesse. Der polare Transport erfolgt mithilfe von zwei Anionen-Transportern; einem Auxin-Influx-Carrier (AUX1, apikal) und dem Auxin-Efflux-Carrier (PIN-Proteine, basale PM). AUX1 fungiert dabei als Protonen-Symporter (sekundär aktiver Transport). Daneben passiver Transport durch Diffusion. Im Cytosol deprotoniert die IAA vollständig (pH 7), kann daher nicht mehr (als neutrales Molekül) diffundieren. Anionisches IAA wird von PIN an der basalen PM aus der Zelle ausgeschleust, protoniert in der ZW (pH 5,5), und gelangt auf diese Weise zur nächsten Zelle.Daneben wird IAA im Phloem über weitere Strecken innerhalb der Pflanze transportiert.Hier wird ist es kovalent an Glucose gebunden, und daher inaktiv!
7) Nennen Sie mindestens vier Mechanismen, mit denen Höhere Pflanzen den Gehalt an freiem Auxin regulieren können. Die freie IAA-Konzentration im Cytosol wird in einem Fließgleichgewicht (Steady-State) gehal-ten.1. Tryptophan-(un)abhängige Biosynthese2. Transport (aktiv / passiv, Kurz- oder Langstreckentransport)3. Konjugation (z. B. Bindung an Glucose)4. Kompartimierung in, bzw. Freisetzung aus Chloroplasten
8) Das Verhältnis von Auxin zu Cytokinin ist entscheidend für die Zellteilung und Entwicklung von pflanzlichen Explantaten auf Nähragar. Was wird sich aus einem Explantat entwickeln, wenn der Agar a) ein sehr niedriges, b) ein mittleres und c) ein sehr hohes Verhältnis von Auxin zu Cytokinin aufweist? Was wird sich daraus entwickeln, wenn kein Auxin vorhanden ist? a) Spross b) Kallus c) Wurzeln d) kein Wachstum
9) Erläutern Sie kurz und prägnant die von Gibberellin ausgelöste Signaltransduktionskaskade(n), die zur Induktion von α-Amylase führt. Ca Ionen Anstieg und SLN1 Abbau => Bildung von Calmodulin(Calciumbindung) und cGMP => Synthese von GA-MYB-Transkriptionsfaktor => Experession der Amylase
10) Nennen Sie 2 Phytohormone, deren Rezeptoren nach dem Prinzip der (Multi-Step)- Zwei-Komponenten-Systeme arbeiten. Ethylen und Cytokinin
11) Erläutern Sie die biologischen Grundlagen, warum Sie keine Schale mit Äpfeln in die Nähe einer Vase mit einem Blumenstrauß stellen sollten. Reife Äpfel sind eine sehr gute Ethylen-Quelle. Ethylen begünstigt die Seneszenz von Blättern und Blüten, fördert Fruchtreife und Aszission. Daher wird ein Blumenstrauß in Gegenwart reifer Äpfel welk; grüne Bananen oder Tomaten werden gelb bzw. rot.
12) Nennen Sie zwei Wirkungen von Jasmonaten bzw. Brassinosteroiden Brassinosteroiden: Wachstum und Steuerung der Skotomorphogenese Jasmonaten: Induktion der Ethylenbildung, Förderung der Seneszenz
13) Definieren Sie folgende Begriffe: Taxis, Kinese, Tropismus und Nastie. Geben Sie jeweils ein Beispiel. TaxisOrientierung in Abhängigkeit von der Richtungdes einwirkenden ReizesChemotaxis von Bakterien auf Nährstoffe. KineseUngerichtete, durch Umweltreize hervorgerufene Bewegungsaktivität frei beweglicher Tiere, die letztlich zum Aufsuchen der zuträglichsten Zone führt.Orthokinese: Aktivität des Tieres nimmt mit Entfernung zu einem zu-träglichen Ort zu bzw. ab. TropismusGerichtete Bewegungen festsitzen-der Organismen aufgrund eines äußeren Reizes.Phototropismus der Embryophyta: Ausrichtung der Blätter / Blüten in Abhängigkeit vom Sonnenstand. NastieBewegungen von Pflanzenorganen auf einen Reiz hin, der von der Reizrichtung unabhängig ist.Das Öffnen und Schließen der Sto-mata ist eine Nastie.
14) Erläutern Sie in Grundzügen den Mechanismus der phototaktischen Orientierung von einzelligen Grünalgen. - Rotation um die Zellachse mit 1 – 2 Hz- periodische Belichtung und Beschattung der Photorezeptoren (Channelrhodopsine) wennSchwimmrichtung von der Lichtrichtung abweicht- Aktivierung der Channelrhodopsine führt zur lokalen Erhöhung der freien Ca2+-Konzentrationdifferentielle Beeinflussung des Geißelschlags der cis- bzw. trans-GeißelIn Summation Ausrichtung der Zelle auf die Lichtquelle zu bzw. von ihr wegAugenfleck-Apparat ist ein direktionaler Lichtsensor und bewirkt eine Signalverstärkung
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15) Kommt es beim Phototropismus der Coleoptilen zu einem Abbau oder zu einer Querverschiebung von Auxin? Beschreiben Sie ein einfaches Experiment, mit dem Sie Ihre Vermutung nachweisen könnten Querverschiebung. A) Eine Coleoptil-Spitze wird abgedunkelt und auf einen Agarblock gesetzt. Nach einiger Zeit wird die Auxin-Konzentration im Agarblock gemessen.B) Nach einseitiger Belichtung wird der Wert erneut gemessen: Es findet keine Änderung statt.C) Wird die Coleoptil-Spitze vollständig durch ein Glimmerplättchen geteilt, so kann nach Be-lichtung kein Unterschied im Auxin-Gehalt links und rechts festgestellt werden.D) Bei unvollständiger Trennung nimmt der Auxin-Gehalt auf der unbelichteten Seite stetig zu, während er auf der belichteten abnimmt. Damit ist Auxon-Quertransport nachgewiesen.
16) Nennen Sie mindestens 4 unterschiedliche Funktionen von Phototropin in Höheren Pflanzen. Phototropismus Stomata-Öffnung Chloroplastenverschiebung Blattbewegung
17) Erläutern Sie den molekularen Aufbau von Phototropin (mit Skizze) und dessen Aktivierung durch Licht. 2 LOV-Domänen mit jeweils einem gebundene Flavinadeninmononucleotid, Jalpha-Helix und C- Terminaler Proteinkinasedomäne, die in Ruhe deaktiviert ist (LOV1 reguliert aktivität, LOV2 ist der eigentliche Photorezeptor). Bei Aktivierung durch Blaulicht kommt es zur Veränderung der Raumstruktur durch Entfaltung der Ja-Helix, die Kinase wird aktiviert. Es kommt zur Autophosphorylierung und der Phosphorylierung von Signaltransduktionsfaktoren.
20) Nennen Sie vier Tropismen, die die Wachstumsrichtung der Wurzelspitze beeinflussen Schwerkraft(Gravitropismus/Plagiogravitropismus)- Mechanischer Wiederstand des Substrats(Thigmotropismus)- Gradienten im Wasserpotential(Hydrotropismus)- Wärmegradient(Thermotropismus)
19) Zeigen alle Wurzeln positiven Gravitropismus? Begründen Sie, warum dies biologisch sinnvoll oder nicht sinnvoll ist. Nein. Wurzeln, deren Aufgabe Befestigung im Substrat oder Wasser/Nährstoffaufnahme sind, zeigen tatsächlich ausnahmslos positiven Gravitropismus.Atemwurzeln oder Luftwurzeln hingegen zeigen auch negativen Gravitropismus, der ihrer Funk-tionalität gerecht wird.
21) Welche Rolle spielt die Kalyptra (Wurzelhaube) bei der Wahrnehmung des Schwerkraft-Reizes und wie hat man dies experimentell zeigen können? Kalyptra bestimmt die Wahrnehmung. Vertikale Wurzel mit halber Kalyptra wächst zur Seite. horizontale Wurzel ohne Kalyptra wächst weiter Horizontal, mit Kalyptra wieder vertikal
22) Welches Phythormon ist entscheidend an der Regulation der Öffnungsweite der Stomata beteiligt? Phototropin
23) Erläutern Sie die bei der Blaulicht-induzierten Stomata-Öffnung ablaufenden molekularen Prozesse (ev. mit Skizze) in ihren Grundzügen Blaulichtbestrahlung aktiviert Phototropine, Aktivierung von H+ATPase erzeugt protonenmotorische Triebkraft zur Aufnahme von osmotisch aktiven Ionen. Als Folge strömt Wasser in die Vakuole.
18) Erklären Sie in Grundzügen, wie es zur positiven gravitrophen Krümmung der Wurzelspitze der Hauptwurzel kommt 4 Phasen: Graviperzeption durch Verschiebungungen der Gleichgewichtslage in den Statolithen der Columella Zellen. Signaltransduktion Signalweiterleitung Gravitrope Antwort