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1 VIII Inhalt Molekularer Aufbau des pflanzlichen Organismus 1.1 Elementare Zusammensetzung des Pflanzenkörpers Kohlenstoff: Grundelement organischer Verbindungen 6 13 Die wichtigsten organischen Verbindungen Monomere Verbindungen Polymere Verbindungen Wasser 42 Zellstruktur 2.1 Übersicht über die Zellbestandteile Struktur des Cytoplasmas Cytoplasmatische Einschlüsse Cytoskelett Ribosomen Biomembranen Chemische Zusammensetzung Membranmodelle Funktionen von Biomembranen Das System der Grundmembranen Endoplasmatisches Reticulum Golgi-Apparat Plasmalemma und Tonoplast Zellkern Microbodies Vesikelfluß im System der Grundmembranen Plasmodesmen Semiautonome Zellorganellen Mitochondrien Piastiden Zellwand Chemie der Zellwand Aufbau der Zellwand 94 Zellspezialisierungen 3.1 Gewebetypen Wachstum und Differenzierung der Zelle Die Zellsaftvakuole Zellwandwachstum Zellfusionen Sekundäre Veränderungen der Zellwand Verholzung Mineralstoffeinlagerung Cutinisierung und Ablagerung von Wachsen Drüsenzellen Bibliografische Informationen digitalisiert durch

2 Inhalt IX Organisationsformen der Pflanzen Stammbaum der Pflanzen Prokaryoten Bakterien Archaea Vielzellige Prokaryoten Einzellige Eukaryoten Organisationsformen der Thallophyten Zellkolonie Coenoblast Fadenthallus Flechtthallus Gewebethallus Organisationsformen der Bryophyten Organisationsform der Kormophyten 162 Kormus Sproßachse Sproßscheitel Bau des Leitsystems Primärer Bau der Sproßachse Sekundäres Dickenwachstum der Sproßachse Morphologie der Sproßachse Blatt Entwicklung des Blattes Anordnung der Blätter an der Sproßachse Anatomie des Laubblattes Metamorphosen des Blattes Wurzel Wurzelscheitel Primärer Bau der Wurzel Seitenwurzeln Sekundäres Dickenwachstum der Wurzel Metamorphosen der Wurzel 203 Bioenergetik: thermodynamische Grundlagen der Lebensprozesse Energie, Arbeit, Leistung Hauptsätze der Thermodynamik Chemisches Potential Wasserpotential Energiewandlung und energetische Kopplung 216 6_2 Transport durch Biomembranen Permeabilität von Biomembranen Transportproteine in Biomembranen Enzymatische Katalyse 225

3 XII Inhalt Gentechnik und DNA-Sequenzierung DNA-Klonierung Die Polymerasekettenreaktion (PCR) Kopplung von reverser Transkription mit PCR (RT-PCR) DNA-Sequenzierung Pflanzentransformation und transgene Pflanzen Transiente Transformation und Reporterassays Herstellung transgener Pflanzen Anbau transgener Pflanzen Fortpflanzung und Vermehrung bei Niederen und Höheren Pflanzen Definitionen und Grundbegriffe Sexualität - Bildung von Gameten und Befruchtung Generationswechsel Vegetative Vermehrung Drei Formen von Entwicklungszyklen bei Grünalgen Drei Formen von Generationswechsel bei Braunalgen Generationswechsel bei Rotalgen Zelluläre Schleimpilze Fortpflanzung und Vermehrung der echten Pilze Ascomyceten (Schlauchpilze) Basidiomyceten (Ständerpilze) Generationswechsel der Archegoniaten Moose Farne Generationswechsel der Samenpflanzen 479 L.J 5 J Genexpression und ihre Kontrolle Informationsverarbeitung Genexpression und Informationsamplifikation Genstruktur und Grundprozesse der Genexpression Transkription bei E.coli Biochemie der Transkription RNA-Polymerase von E. cofi Drei Phasen der Transkription Regulation der Transkription bei Ecoli Das Lac-Operon Promotorstärke und alternative Sigmafaktoren Transkription und RNA-Verarbeitung in Pflanzenzellen Sechs RNA-Polymerasen in Pflanzenzellen RNA-Verarbeitung: Kappenbildung und Spleißen Alternatives Spleißen RNAPII als biologische Maschine Organisation der Transkription am Chromatin Transkriptionskontrolle bei Eukaryoten Klassifizierung von Transkriptionsfaktoren Funktionelle Anatomie von Transkriptionsfaktoren Kernimport und -export Das Galactose-Regulon in Bäckerhefe Transkriptionskontrolle bei der Hitzestreßantwort 529

4 Inhalt XIII 15.6 Ribosomensynthese Proteinbiosynthese Aminosäureaktivierung Der Translationszyklus an Ribosomen Eukaryotische mrnp-komplexe Postsynthetische Modifikation von Proteinen Kontrolle der Translation Proteinfaltung und die Rolle molekularer Chaperone Entstehung der Raumstruktur von Proteinen Hitzestreßproteine als molekulare Chaperone Zwei biologische Nanomaschinen Faltung von Proteinen in einem Netzwerk von Chaperonen Proteintopogenese Zwei Klassen von Proteinen werden bei der Translation getrennt Proteinimport in Piastiden Vesikeltransport von Proteinen Entstehung und Reifung von Glykoproteinen Proteinabbau und seine Kontrolle Das Ubiquitin-Proteasom-System E3-Ubiquitin-Ligase-Komplexe Pflanzliche Proteasen Genexpression in Piastiden Piastidengenom und Transkription Prozessierung polycistronischer mrnas RNA-Editing Translation und Proteinfaltung Lichtkontrollierte Translation am Beispiel des Dl-Proteins Abstimmung der Genexpressionsprozesse zwischen Kern und Piastiden Mikrobieile Sekundärmetabolite als Antibiotika und Biopharmaka 585 Phytohormone und Signalstoffe Begriffe und Analysen Phytohormone - auf einen Blick Cytokinine Struktur, Biosynthese, Abbau Biologische Wirkungen der Cytokinine Molekularer Wirkungsmechanismus Auxine Struktur, Biosynthese und Abbau der Auxine Auxintransport Wirkung von Auxinen Auxinrezeptoren und Signaltransduktion Gibberelline Struktur, Biosynthese und Abbau von Gibberellinen Biologische Wirkung Signaltransduktion Brassinosteroide Biosynthese und Inaktivierung der Brassinosteroide Biologische Wirkungen der Brassinosteroide Molekularer Wirkungsmechanismus 624

5 XIV Inhalt 16.7 Ethylen Biosynthese von Ethylen Biologische Wirkungen Ethylen und Fruchttechnologie Ethylenrezeption und Signaltransduktion Abscisinsäure ABA-Biosynthese und -Abbau Biologische Wirkungen ABA-Rezeption und Signaltransduktion Jasmonsäure JA-Biosynthese und Metabolisierung Wirkungen der Jasmonsäure Wirkungsmechanismus Weitere pflanzliche Signalstoffe Peptidsignale Stickstoffmonoxid (NO) Ca 2+ und Signaltransduktionsketten Salicylsäure Hormonnetzwerke Zellzykluskontrolle durch Hormone Apikaidominanz Pflanzenregeneration Li C ht und Schwerkraft A Pflanzen und Licht Lichtrezeptoren Phytochrome Cryptochrome Phototropine Lichtgesteuerte Wachstumsprozesse Etiolierung und Deetiolierung von Keimpflanzen Schattenvermeidungssyndrom Circadiane Rhythmen Photoperiodismus Kontrolle der Nitrat-Reductase Gravitropismus Begriffe und Definitionen Wahrnehmung und Verarbeitung von Schwerkraftreizen Pflanzliche Entwicklung Grundlagen pflanzlicher Entwicklung Meristeme Vegetative Meristeme in Pflanzen Das Sproßapikaimeristem (SAM) SAM als morphogenetisches Feld für die Entstehung von Blattanlagen Entwicklung von Blättern und Leitbündeln Das Apikaimeristem der Wurzel (RAM) Muster der Zellspezialisierungen in der Epidermis Entwicklung von Trichomen bei Arabidopsis Bildung von Wurzelhaaren 729

6 Inhalt XV 18.4 Blütenentwicklung Blühinduktion Kontrolle der Blütenorganidentität Realisierung der Blütenmorphologie Bestäubung und Befruchtung Pollenentwicklung auf der Narbe Blütenbiologie und Bestäubungsbiologie Molekulare Mechanismen der Selbstinkompatibilität Embryonal- und Fruchtentwicklung Embryogenese Samen- und Fruchtentwicklung Samen und Früchte als Verbreitungseinheiten Samenruhe und Samenkeimung 766 EM] Pflanzen und Streß Das Streßsyndrom im Alltag der Pflanzen Hitzestreßantwort Kälte-, Salz- und Wassermangelstreß Molekulare Mechanismen Kältestreß Salzstreß Oxidativer Streß Hypoxie durch Überflutung Wirkung chemischer Stressoren Schwermetallstreß Chemischer Streß durch Herbizide Mechanischer Streß und Verwundung Biotische Stressoren - Wechselwirkung von Pflanzen mit anderen Organismen Direkte und indirekte Wechselwirkung zwischen Organismen Pflanzenparasiten Flechten Mykorrhiza Symbiotische Stickstoff-Fixierung Pflanzenpathogene Mikroorganismen Erkennung von Pflanzen und Mikroorganismen Entstehung von Pflanzentumoren nach Infektion mit Agrobacterium tumefaciens Viren und Viroide Symptome von Viruserkrankungen Virusgenome: Replikation und Expression Wege der Infektion und Verbreitung Pflanzliche Abwehr gegen Viruserkrankungen Anhang 845 Weiterführende Literatur 847 Sachverzeichnis 858