ABT (Subject) / Sekundärmetabolismus bei Pflanzen (Lesson)

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• Was versteht man unter dem Sekundärmetabolismus? Charakteristisch für Pflanzen: Synthese, Speicherung und Abgabe niedermolekulare "Sekundärmetabolite"
• Was weiß man grundsätzlich über Sekundärmetabolite? ca.200.000 (20-30% untersucht) scheinen nicht essentiell zu sein werden aktiv über Wurzelexsudate abgegeben (->Wurzelhaare!) flüchtige Verbindungen stammen oft aus spezialisierten Zellen gelangen passiv in Umwelt (Verrotten v. Pflanzenresten) können aus inaktiven Vorstufen bei Zerstörung von Zellen (Fraß) freigesetzt werden verbraucht bis zu 30% der Energie aus Photosynthese die meisten sind permanent in Pflanze (Konzentr. schwanken), andere nur unter bestimmten Bedingungen (z.B. Phytoalexine)
• Was sind die Funktionen der Sekundärmetabolite? Sprache Verteidigung Stressbewältigung Stoffaufnahme Anlockung
• Welche Bedeutung haben die pflanzlichen Sekundärmetabolite für den Menschen? Pharmazeutische Bedeutung Vorlage zur Entwicklung neuartiger Medikamente, da breite physiologische Aktivität gesundheitsfördernde Wirkung als Antioxidantien Aromastoffe Erhöhen Qualität und Schmackhaftigkeit von Pflanzen Ökonomischer Faktor Gegenstand intensiver Forschung Ersatzstoffe für synthetische Herbizide, Pestizide und als pflanzenwachstumsfördernde Stoffe
• Welchen unterschiedlichen chemischen Klassen gehören Sekundärmetabolite an? Phenole und Polyphenole Terpenoide Alkaloide Naphtochinone Coumarine Benzoxazoide und andere Heterozyklen Cyanogene Glykoside Glykosinolate
• Aus welchen Ausgangsstoffen werden Sekundärmetabolite synthetisiert? grundsätzlich aus sehr wenigen Ausgangsstoffen Acetyl-CoA, Malonyl-CoA Intermdeiate aus dem Shikimatweg Aromatische AS: Tryptophan, Phenylalanin,Tyrosin)                           (werden häufig desaminiert) weitere AS: L-valin, L-Isoleucin, L-leucin ... Methionin (für Glycosinolate)  
• Sekundärmetabolite werden oft zum Transport, zur Speicherung und zur Maskierung der biologischen Aktivität mit primärprodukten konjugiert. Welche sind dies? Zucker organische Säuren seltener mit AS und deren Derivaten
• An der Biosynthese von Sekundärmetaboliten können Endophyten beteiligt sein. Welche werden zunehmend entdeckt? Cross- Species Bioynthetic Pathways
• Nenne Beispiele für flüchtige Verbindungen (VOCs, volatile Verbindungen) Terpene (Verbeitung über die Luft) Caryophyllen Kampfer Cincol Limonen Geraniol
• Nenne Beispiele für wasserlösliche Verbindungen Phenolische Verbindungen (sind oft mit Zucker verknüpft) Zimtsäure Vanillin Coumarin Flavon Benzaldehyd Arbutin
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• Als Anlockung von Bestäubern, Tieren zur Verbreitung von Früchten und Samen gibt es zwei Kategorien der Pigmente, welche ? Flavonoide dearomatized isoprenylated phologlucinols (DIPs) Für Menschen sehen Blütenfarben oft anders aus als für Tiere
• Wie reagiert eine von Fressfeinden befallene Pflanze bzgl. Sekundärmetabolite? Sie stößt flüchtige Verbindungen aus flüchtiges Phytohormon "Jasmonat" warnt die Nachbarpflanze vor heranrückenden Fressfeinden (durch Induktion der Synthese spezifischer Terpene) Terpene überbringen Nachbarpflanzen Signal, so dass diese schon vor Befall Maßnahmen ergreifen können (Bsp. Tabak: Erhöhung der Nikotinkonzentration) Terpene sind "Hilfeschreie" nach carnivoren Insekten (die z.B. Tabakmotten-Larven töten)
• Welche Möglichkeit der Kommunikation bei Feindabwehr gibt es außer der Terpene? Mycorrhiza Pilze können als Vermittler und Leitsystem für Signale zwischen Pflanzen dienen solch ein "underground messaging system" erlaubt benachbarten Pflanzen Aktivierung von Verteidiungssystemen vor dem Einfall von Herbivore Teratogene und Östrogenartige Verbindungen (zur Abwehr von herbivoren Säugetieren) (Teratogenese: Entwicklung und Entstehung von Missbildungen während der Embyrogenese)
• Wie kommunizieren Pflanzen mit Mikroorganismen? Wurzelexsudate enthalten Sekundärmetabolite, die Verhalten und Genexpression der Bodenmikroorganismen beeinflussen. Beispiele: Flavonoide (induzieren in Knöchelbaktierien Gene, die zur Knöchelbildung erforderlich sind) Benzoxazinone (locken natürliche Bakterien an, die Pflanzenwachstum fördern) Coffein (lockt Bakterien an, die die phytotoxische Verbindung abbauen können) Allelopathie (chemische Interaktion zwischen Pflanzen bei der Mikroorganismen eine Rolle spielen können.Interaktionen, die nicht zwangsweise freundlich gesonnen sind)
• Wie funktioniert die Pflanze-Mikroorganismen Interaktion "Allelopathie"? mittels Allelochemikalien (Sekundärmetaboliten) wirken sich inhibierend oder stimulierend auf das Wachstum benachbarter Pflanzen aus Stimulierung und Inhibierung sind Dosis- und artabhängig
• Nenne ein Beispiel für die Nutzung von Allelophatie in der Landwirtschaft Konventionelle Züchtung von Roggenkultivaren mit hohem allelophatischen Potential: in den USA erfolgreich. Manche Wildkräuter sind jedoch insensitiv.
• Wie wirken Sekundärmetabolite in der Stressbewältigung? Struktur stabilisierend photoprotektiv als Antioxidantien und Radikalfänger Signal-transduzierend limitieren Gewebebeschädigungen Dosis-abhängig!
• Wodurch werden Biosynthese und Akkumulation von Sekundärmetaboliten erhöht? Wassermangel Salzstress Mangel an Makro- und Mikronährelementen Temperaturstress (Hitze, Kälte) Fraß Strahlung (Starklicht, UV)
• Nenne ein Beispiel für einen Sekundärmetaboliten als Aromastoff Guaiacol in der Tomate (often described as pharmaceutical or smoky)
• Wo kommen Phenole und Polyphenole vor? In allen Familien der Gymnospermen und Angiospermen
• Wo kommen Terpenoide vor? In allen Familien, mannigfaltiges Spektrum von Verbindungen, wobei einige nur in einer Art vorkommen
• Wo kommen Benzoxazinoide vor? in bestimmten Arten der Poaceae, Lamiaceae und wenigen tropischen Familien
• Wo kommen Glucosinolate vor? Brassiceae und Arten verschiedener anderer Familien
• Wo kommen Alkaloide vor? Weitverbreitet mit Schwerpunkten in den Ranuculaceae, Fabaceae und vielen anderen.
• Wo kommen cyanogene Glycoside vor? in Rosaceae, Fabaceae und vielen anderen
• Wo kommen Betalaine vor? in Chenopodiaceae, Portulacaceae, enge Verbreitung
• Nenne Nutzpflanzen und ihre charakteristischen Sekundärmetabolite Kohlsorten: Glucosinolate (Abbauverbindungen Allelochemikalien) Weizen, Roggen, Mais: Benzozazoide (Allelochemikalien, Pestizide) Reis: Phytoalexin (Allelochemikalie) Äpfel: Falvonoide, Phenole    
• Wie sieht die (biotechnologische) Perspektive zur umweltfreundlichen Nutzung aus? Nutzung phytosanitärer Eigenschaften Bioherbizide, Biopestizide Züchtung von Pflanzen mit hohem allelophatischen Potential

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