Water an ideal solvent

Transkript

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2 Water an ideal solvent

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5 - Water content of plants > 85-95% - Liquid on earth - high dipol -hydration - cohesion - adhesion - proton gradients accross membranes, compartimentation - ph gradients - hydrolysis, polymerisation

6 Osmose

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10 Diffusion

11 Osmose = Diffusion durch eine semipermeable Membran

12 Osmotischer Druck

13 Aquaporins

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15 Einführung von Begriffen Permeation: Diffusion durch eine Membran Diffusion: ungeordnete Wärmebewegung von Teilchen in Gasen und Flüssigkeiten Osmose: Diffusion durch eine semipermeable Membran - durchlässig: Wasser - schwer(-)/nicht- durchlässig: gelöste Stoffe Semipermeable Membran: Membran mit begrenzter Durchlässigkeit Stoffabhängigkeit (Beispiele: Cytoplasma, Tonoplast) Aktiver/passiver Transport Symport/Antiport Wasserpotential Ψ Messgröße für die Wassersättigung eines wasserhaltigen Systems (Luft, Erde, Zelle, Zellsaft, Zellwand, etc.): Reines H 2 O: Ψ = 0 Biologische Systeme: Ψ < O Ψ: Druckdifferenz zwischen zwei Systemen Wasserpotentialdifferenz

16 Wasseraufnahme durch die Wurzel Kapilarwasser Wurzelhaare Wurzel Leitgewebe Blätter Quellung der Wurzelwand apoplastischer Transport versus symplastischer Transport Aufnahme ins Cytoplasma der Wurzelhaare Verteilung in Rhizodermisgewebe Casparischer Streifen Endodermis Zentralzylinder z. T. aktiver Transport, Aquaporine, Oocytenexperiment Wurzeldruck (Dekapitierungsexperiment) Xylemtransport, Kohäsion, Adhäsion Max. Baumhöhe 130 m Verletzung des Xylems: Reparatur oder Toxizität

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18 Suberin- Einlagerung im Casparischen Streifen

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20 Wurzeldruck

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24 Fahrradschlauchprinzip!

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28 Im Wasser sind Ionen gelöst Kompensation der Überversorgung: Wachstum, Ablagerung, Komplexierung, Ausschleusung Phytoremediation Carrier- und Transporterproteine Intrazelluläre Sortierung Makro-, Mikroelemente Kontrolle der Ionenkonzentration (Schwermetalle, Calcium) Calcium, Natrium, Eisen, Mangan, Zink, Kupfer, Nitrat, Magnesium, Phosphat, Sulfat, Bor, Molybdän

29 Carrierproteine cdna Proteinvorhersage Transmembransegmente Ladungen zur Stabilisierung Identifikation der Membran Funktionsanalyse Hefekomplementation Knock-out Linien Protoplastenexperimente

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33 Mangelerscheinungen Zwergwachstum, Chlorosis Molybdat des Maiskorns deckt Bedarf einer ganzen Pflanze Oxidative Atmosphäre Elemente kommen in oxidierter Form in der Natur vor Reduktion nach Aufnahme Energie aus Photosynthese oder Dissimilation Ertragsphysiologie Düngemittelproblematik

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40 Patch clamp - Untersuchungen an Pflanzenzellen -Charakterisierung von Membranen, Membranprotential, elektrophysiologische Eigenschaften - Protoplasten, dichte Versiegelung der Elektrodenspitze mit Plasmamembran - Öffnen der Zelle, Zerstörung der Membran: Manipulation des Zellinneren (Vakuolenraum) durch Mikropipettenlösung = whole cell Konfiguration - Abziehen der Membran: Bestimmung einzelner Kanalaktivitäten in Membranflecken (membrane patch Konfiguration) - ionenspezifische Elektroden - Schliesszellen als Untersuchungsobjekt - Kaliumkanal-Aktivität - Erstellung von Strom-Spannungskurven - Identifikation von mindestens 3 verschiedenen Kaliumkanälen

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50 Identifikation und Charakterisierung von Transporterproteine Komplementation von Hefemutante Isolation und Charakterisierung von Arabidopsis-Mutanten

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59 Schwermetall (SM)-aufnahme und detoxifikation - 40 SM - Dichte > 6 g/cm 3 - Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Tl, Hg, Zn, As, B, Fe, Mo, Mn, Zn -Fe, Mo, Mn, Zn = essentielle Spurenelemente - anthropogener Ursprung - Phytoremediation - Verwendung von transgenen Pflanzen - Aufnahme > Transport > Metabolisierung > Speicherung (Ausschlösung) - Cotoleranz -Resistenz: a. keine Aufnahme b. Inaktivierung durch Speicherung c,. Komplexierung (Metallothioneine, Phytochelatine, organische Verb.) d. Immobilisierung in der Zellwand

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61 Klassifizierung der resistenten Pflanzen a. Exkluder b. Indikator c. Akkumulator Membranselektivität Co-Transport mit essentiellen Ionen veränderte Carriermoleküle Einschleusung von plasmidkodierte Exportergene für Cd, Zn, Co Kupferblume aus Sambia: Cu-Akkumulator (+ resistent gegen As) Arabidopsis halleri: Cd-Akkumulator

62 Metallothioneine -Tier und Mensch - niedermolekulare Proteine mit hohem Cysteingehalt - Cytoplasma - Detoxifikation von freien Metallionen durch Sequestrierung

63 Phytochelatine -Pflanzen in Erzabraumhalden - Zn, Pb, Cu - Peptide mit 1 bis 6 repetitiven gamma-glutamylcysteinyl-einheiten - SH-Gruppen der Cysteingruppen - SM-Bindung als stabile Thiolate - präferentielle Bindung von Cd, Cu und Pb, weniger Zn - Cd-resistente Zellkulturen: erhöhter Phytochelatingehalt - posttranslationale Regulation: Übertragung eines gamma-glu-cys-restes auf Tripeptid Glutathion Autoregulation über SM-Ionen im Cytoplasma SM erhöht PC-Synthase-Aktivität Arabidopsis PC-Synthase-Mutante: SM-Sensitivität steigt Überexpressor: SM-Toleranz

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