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Zellbiologie der Pflanzen (Subject) / biol 107 (Lesson)

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• Cytosol und Cytoplasma hoch organisierte, dynamische Matrix mit Mikrofilamenten, Mikrotubuli und intermediäre Filamente Funktion: Positionierung und aktive Bewegung der Organellen und Makromolekülen, Zellbewegung und Zellteilung/ Synthese von Proteinen
• Mitochondrien in allen Eukaryoten, von Doppelmembran umgeben, Cristae(Einstülpungen) Funktion: Elektronentransportkette + aeroben Atmung (ATP Synthese) Matrix = mitochondriales Plasma/ Mitoplasma mit zirkuläre mitochondriale DNA(mtDNA;Nucleoide)
• Chloroplast Doppelmembran, innere Hüllmembran, Thylakoide: Stroma - und Granathylakoide Lichtsammelpigmente (Lichtreaktion der Photosynthese) Stroma = Plastoplasma- Dunkelreak. (RuBisCO) zirkuläre plastidäre DNA (ptDNA; Nucleoide)
• Polysomen Aneinanderkettung vieler Ribosomen, damit mit derselben mRNA zeitgleich mehrere Proteine translatiert werden können
• Vesikulärer Transport Anterograder Transport: Proteintransport in Vesikeln ausgehend vom ER, über Golgi zur Zellmembran Retrograder Transport: Recylcling von membrantypischen Lipiden, Lipide kommen zurück zu ihrem Ursprungsort zB vom Golgi zum ER zurück oder von Zellmembran zurück zum Golgi 1) Donorkompartiment: Knospung + Abschnürung2) Wanderung zum Akzeptorkompartiment; Zielfindung3) Erreichen und Erkennen des Akzeptorkompartiments4) Anlegen am Akzeptorkompartiment5) Fusion: Vesikel verschmilzt mit dem Zielkompartiment und gibt den Inhalt frei
• Coated Proteins = COP Proteine, die die Transportvesikel ummanteln und zur spezifischen Erkennung am Akzeptor notwendig sind COP II : anterograder Transport vom ER zum Golgi COP I: retrograder Transport vom Golgi zum ER Clathrin: CCV (Clathrin-Coated-Vesicles) fördert die Versikelabschnürung, zB vom TGN (Trans-Golgi-Network) zur Vakuole, Endocytose
• Dynamin Protein, das neben Clathrin bei der Vesikeleinstülpung wichtig ist, ist beteiligt an der Abschnürung neu gebildeter Vesikel von der Membran eines Zellkompartiments
• KDEL-Signalsequenz Aminosäuresequenz -> ER-Rückholsequenz für alle Proteine, die wieder zurück zum ER müssen, aber vorher noch im Golgi modifiziert werden müssen
• Golgi-Aktivitäten - Synthese komplexer Polysaccharide (Zellwand – z.B.: Xyloglucan, Pektin)- Synthese von Glykolipiden (PM, Tonoplast)- Synthese von Ligninvorstufen -> Zwei Hypothesen zur Entstehung der Zisternen und Transport innerhalb Golgiapparats„Vesikel‐Shuttle“ (CGN und TGN sind eigene stabile Kompartimente) oder „Zisternen Reifung“ (ER wird zum CGN, wird zur medialen Zisterne, wird zum TGN)
• Eukaryotische Chromosomen – Chromosomentheorie ‐ Uniformität der Chromosomen eines Organismus‐ Große Variabiltät der Zahl und Morphologie von Chromosomen in verschiedenen Arten‐ Weder Anzahl noch die Gestalt der Chromosomen korreliert mit Entwicklungshöhe einesOrganismus‐ Jedes Chromosom trägt mehrere Erbeigenschaften‐ Chromosomen bleiben auch in der Interphase in ihrer Individualität erhalten(Chromosomenterritorien)
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• Kernlamina Funktion an der Innenseite der inneren Kernmembran befindliches Proteinnetzwerk, an dem das Chromatin verankert ist (Lamine sind zu Filamenten polarisiert) -> Zellkern behält seine Form Funktion:- Form und Stabilität der Kernhülle- Anheftung der Chromosomenfäden- Regulation der Replikation- Regulation der Genexpression- Kontrolle des Stofftransports
• raues ER (mit Riobosomen) Aufgaben Synthese von: -Membranproteinen                         -sekretorische Proteinen                         -Zellwandproteinen                         -Vakuolenproteinen
• Glattes ER Aufgabe Synthese von Steoriden (z.B. Cholesterin, Hormone) Inaktivierung von toxischen Stoffen     -Umformung von gesättigten in ungesättigte Fettsäuren     -Synthese von Lipiden (Tier)
• Mechanismus CO-translationalen Transport = Vorgang, bei dem Proteine während der Synthese durch oder in eine Biomembran transportiert wird Bildung des SRP(signal recognition particles), SRP Rezeptor- Translocators (Transmembran-Porenprotein), Assoziierte Signalpeptidase spaltet Targetsequenz ab         Translocon:Komplex aus Membranproteinen=SRP-Rezeptor+Porenprotein+Signalpeptidase 
• Funktion des glatten ER Beteiligung Biosynthese von Membranlipiden Synthese von Sterplen(z.B. Cholesterin,Hormone)
• Vergleich glattes und raues ER glattes: Bildung von Ölkörperchen(Oleosomen);Oleosine (Proteine) verhindern die Fusion derLipidkörperchen während der Austrocknung des Samens  raues; Bildung von Proteinkörperchen zur Speicherung von N
• Eukaryotsiche Chromosomen- Chromosomentheorie Uniformität der Chromosomen eines Organismus Große Variablität der Zahl und Morphologie von Chromosomen in verschiedenen Arten Weder Anzahl noch die Gestalt der Chromosomen korreliert mit Entwicklungshöhe eines Organismus Jedes Chromosoms trägt mehrere Erbeigenschaften Chromosomen bleiben auch in der Interphase in ihrer Individualität erhalten
• Nucleolus Syntheseort (Transkription) der rRNA, Ort der Prozessierung der rRNA, Zusammenbau der Ribosomenvorläufer fibrilläre Zentren: Transkripte, RNA-Polymerase I dichte fibrillare Komponenten: Vorläufer rRNA + -Modifikation und Spaltung der rRNA granuläre Komponenten: Ribosomenvorläufer
• Telomere und Telomerase wiederholte Sequenzen ~10kb, nicht -kodiert, hoch-konserviert und repetitive Telomersequenz (TTTAGGG:Pflanze;TTAGGG:Tier+Mensch)   - verhindert das Chromosomen miteinander fusionieren, - Schutz vor exonucleolytischen Abbau - Spezifische Lokalisation der Chromosomen im Interphasenkern und Bindung an die Lamina Telomerase: Verlängerung der Chromosomenenden, Aktivität in Keimzellen und meristematischen Zelle, Aktivität geht in differenzierten Zellen verloren, Prinzip: RNA dient als Matrize für die Enden
• wichtige Funktionen der Mitochondrien Pyruvatdehydrogenase? Citratzyklus Zellatmung:ATP Synthese Häm-Biosynthese Synthese Aminosäuren Synthese Fe-S-Zentren Pflanze:Photorespiration:zusammen mit chloroplasten+Peroxisomen; Wärmebildung Tier:ß-Oxidation = Abbau Fettsäuren
• Plastidentypen Choloplasten (grün, Fotosynthese) Chromoplasten (Blütenfärbung Gerontoplasten (Herbstfärbung) Leukoplasten (Farblos-gelblich, Amyloplasten)
• Summenformel Photosynthese 12 H2O +6 CO2 → C6H12O6 +6 O2↑ +6 H2O
• Stoffaustausch zwischen Zellkern und Cytosol Kernpore = NPC Kanalproteinkomplex (aus 30 verschiedenen Nucleopurinen)Durchlässigkeit: freie Diffusion für niedermolekulare Stoffe (max 50kDa ; 10nm) + spezifischer,aktiver Transport für große Moleküle-> Import: NLS (nuclear localisation signal) und Export: NES (nuclear export signal) an FrachtproteinenGTPase–Ran: treibende Komponente für den nukleozytoplasmatischen TransportImportin‐ zytoplasmatisches Rezeptorprotein; Exportin – nukleäres Rezeptorprotein
• Vermehrung der Mitochondrien Maternale Vererbung (mehr Platz in Eizelle)- Mitochondrien können nur aus ihresgleichen entstehen- Die Vermehrung beruht auf einer Durchschnürung des Organellkörpers nach Ausbildungeines Septums des Intermembranraums
• Prokaryotische Eigenschaften der Mitochondrien als Beweis für Endosymbiontentheorie Genom: zirkulare DNA, ohne Histone und NucleosomenRibosomen: 70S‐Typ, Transkription: prokaryotische RNA‐PolymeraseInnere Membran : Cardiolipin als Marker
• Vier mitochondriale Reaktionsräume 1) Intermembranraum = nicht‐plasmatisches Kompartiment!2) Innere Membran: 75% Protein + Geringe Anteile an Sterolen >Hohe Fluidität > hohe Mobilitätder Proteine, Barriere‐ mit spezifischen TransportsystemCristae; Röhren: Tubuli ‐ Oberflächenvergrößerung3) Äußere Hüllmembran: Porine (Faßproteine aus beta-Faltblättern),4) Mitochondriale Matrix: Komponenten: Enzymkomplexe, 70SRibosomen, tRNA, rRNA,Nucleoide
• Transport von Proteinen durch die Membranen des Mitochondriums TOM: translocase of outer membrane -> Transport durch die äußere Membran TIM: translocase of inner membrane -> Transport durch innere Membran notwendig weil gerade die innere Membran praktisch undurchlässig ist wegen fehlender Purine
• Wichtige Funktione der Mitochondrien: - Pyruvatdehydrogenase macht Pyruvat zu Acetyl CoA- Citratzyklus (Tricarbonsäurezyklus, TCA, Krebszyklus)- Zellatmung: ATP‐Synthese- Häm‐Biosynthese- Synthese von Aminosäuren- Synthese von Fe‐S‐Zentren- Pflanzen: Photorespiration: zusammen mit Chloroplasten + Peroxisomen;- Wärmebildung (Thermogenesis)- Tier: ß‐Oxidation = Abbau von Fettsäuren
• C4 Pflanzen vermeiden Photorespiration, indem sie die CO2-Konzentration in den Bündelscheidezellen erhöhen, indem Oxalacetat zu Malat gemacht wird, und das Malat kann CO2 abgeben
• CAM Pflanzen vermeiden Wasserverlust, weil sie die Stomata tagsüber geschlossen halten und nur nachts öffnen, um CO2 aufzunehmen. das CO2 wird nachts inform von Malat in den Vakuolen gespeichert, tagsüber gibt es keine Malatproduktion (PEP Enzym wird deaktiviert), sondern nur die Gegenreaktion findet statt, es wird also, ähnlich wie bei C4 Pflanzen CO2 abgegeben und somit dessen Konzentration erhöht PEP: macht Phosphoenolpyruvat zu Oxalacetat
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• Posttranslationaler Import bei Peroxisomen PTS1 (peroxisome targeting signal): PTS2
• Autophagy (Autophagozytose) - wichtig unter Mangelbedingungen, für Zelldifferenzierung, Zelltod, Seneszenz, Abbaugeschädigter Organellen
• In vitro Kinetik bei Mikrofilamenten und Aktinfilamenten 1. Kernbildungsphase (nucleation) – lag phase 2. elongation‐ growth phase 3. Steady State bei Tubulin: Polymerisation mit GTP bei Aktin: Polymerisation mit ATP
• Myosin ist das Motorprotein für Actinfilamente Myosine (Ausnahme ist Myosin VI) bewegen sich zum PlusendeMyosin V: am Transport von Vesikeln und Organellen beteiligt.Myosin II ist das bestuntersuchte Myosin. Es übernimmt wichtige Funktionen bei derMuskelkontraktionPflanzen: Aktinfilamente und Myosin XI bestimmen die innere Architektur: zB (a) Organisation und Veränderungen des ER‐Zisternen; (b) Ausbildung und Wachstum von Stromuli an Chloroplasten istMyosin XI abhängig und erfolgt entlang von Aktinfilamenten.

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