Pflanzliche Zellwand - Proteine

Pflanzliche Zellwand - Proteine

3 Klassen von Zellwandstrukturproteinen:

• Glycinreiche Proteine (GRP)

• Prolinreiche Proteine (PRP)

• Hydroxyprolinreiche Proteine (HRGP) – Extensin

– Arabinogalactanprotein (AGP), wichtig für Erkennungsprozesse, z.B.

Gametenerkennung; als Immunstimulantien in der Diskussion (z.B.

Echinacea-Presssaft)

Pflanzliche Zellwand - Proteine

Hydroxyprolinreiche Glykoproteine = HRGP v.a. aus Hydroxyprolin

• sehr stark glykosyliert (> 1/3 der Aminosäurereste!) mit Tri- und v.a.

Tetra-L-Arabinosidketten insgesamt ca. 65 % des Molekulargewichts aus Kohlenhydraten

• Etherbrücken zwischen zwei Tyrosinmolekülen (= Isodityrosin) zur Vernetzung

Extensin-Molekül

Bildung der Pflanzenzellwand

Golgivesikel verschmelzen —>

• Vesikelmembran wird zur neuen Plasmamembran

• Vesikelinhalt: Mittellamelle und primäre Zellwand

• Cellulose wird von Plasmamembran gebildet

Pflanzliche Zellwand -

Inkrustierung vs. Akkrustierung

wichtigste Inkrustierung: Lignin

(= Polymer aus Phenylpropaneinheiten)

Inkrustierung = Einlagerung

Funktion und Eigenschaft von Lignin:

• Druckfestigkeit der Zellwand

• lipophil => eingeschränkter Wasser- transport

Nachweis:

Rotfärbung durch Phloroglucin/Salzsäure Gelbfärbung durch Anilinsulfat

Pflanzliche Zellwand -

Inkrustierung vs. Akkrustierung

Funktion und Eigenschaft von Cutin, Suberin, Wachse:

• Ausbildung einer Cuticula auf der Epidermis => Einschränkung des Wasserverlusts

• zusammen mit Suberin und

Wachsschichten in Periderm => verkorktes Abschlussgewebe, Schutzfunktion

• Abdichtung in Endodermis durch Suberin- einlagerung

Nachweis:

Rotfärbung durch Sudan III wichtigste Akkrustierungen: Cutin (= Poly-

ester aus Hydroxy- und Hydroxy-Epoxyfett- säuren), Suberin (= Polymer aus aliphati- schen und aromatischen Resten), Wachse (= komplexe Gemische aliphatischer

Verbindungen)

Akkrustierung = Auflagerung

Pflanzliche Zellwand - weitere Inkrustierungen

Gerbstoffe:

Einlagerung von Gerbstoffen/Kernfarbstoffen bei

„Verkernung“ von Hölzern => Schutz gegen mikrobielle Zersetzung => sehr beständige, imprägnierte Hölzer, z.B.

Edelhölzer (Mahagoni, Palisander, Teakholz, Ebenholz)

Mineralisierung:

Einlagerung von Kieselsäure, Calciumsalzen u.a.

schwerlöslichen Salzen zwischen die Cellulosefibrillen =>

zusätzliche Festigung, z.B. bei Gräsern, Schachtelhalm

Lücken in der Zellwand:

Tüpfel und Plasmodesmata

Lücken in der Zellwand:

Tüpfel und Plasmodesmata

Plasmodesmata = Plasmodesmen (pflanzl. Zelle):

• plasmatische Verbindungen zwischen benachbarten Pflanzenzellen durch die Zellwand hindurch => symplastisches Kontinuum

• jeder Plasmodesmos ist in der

Zellwand von Callosemantel umgeben (Callose = 1–>3-Glucan als pflanzl.

„Abdichtmaterial“)

• Plasmamembranen der benachbarten Zellen gehen ineinander über

• Zentralstrang im Plasmodesmos = Desmotubulus = Strukturproteine in Kontakt mit ER

Plasmo- desmata

Zellwand —

Vergleich Höhere Pflanzen – Algen

Höhere Pflanzen Rotalgen Braunalgen

amorpher Anteil

Pektin Pektin, Agar, Carrageen

Pektin, Alginate fibrillärer

Anteil

Cellulose in Paralleltextur

Cellulose, filzartig verflochtene Ketten

Cellulose bei Algen: als Wasserpflanzen Exoskelett weniger wichtig! Deshalb kein Lignin und weniger Cellulose, stattdessen mehr wasserbindende

Hydrokolloide wie Pektine, Alginate, Carrageen, Agar

Zellwand — Rotalgen: Agar

Hauptlieferant: Gelidium amansii

Struktur: komplexes Gemisch sauer reagierender Galactane = Agaroide Unterscheidung zwischen: Agarose = schwach negativ geladen aus überwiegend 3,6-Anhydro-α-L-Galactose, wenig Sulfatgruppen, Dimer:

Agarobiose, ist Gelbildner; Agaropektin = 3-10% Sulfatgehalt, als Salze vorliegend, geliert nicht

Zellwand —

Rotalgen: Carrageen

Hauptlieferant: Chondrus crispus, Gigartina stellata

Struktur: 30-60% Carrageenane = lineare Galactansulfate, sind Gelbildner => Verwendung als Dickungsmittel etc. in der

Lebensmittelindustrie

Hauptlieferant: verschiedene Laminaria- und Macrocystis-Arten

Struktur: Gemisch linearer Polyuronide aus β-(1—>4)-D-Mannuronsäure und α-(1—>4)-L-Guluronsäure

sind Gelbildner => Verwendung als Dickungsmittel etc. in der Lebensmittelindustrie

Zellwand —

Braunalgen: Alginsäure

Zellstrukturen und ihre Funktionen —

Zusammensetzung und Funktion des Cytosols

Cytosol = Hyaloplasma = Matrix

• in pro- und eukaryontischen Zellen

• Wasser mit Proteinen, Kohlenhydraten, Lipiden, Nukleinsäuren, Elektrolyten,

Spurenelementen in gelöster Form

• Ort der Glykolyse, Gluconeogenese, Auf- und Abbau von Aminosäuren, Proteinsynthese

• Speicherfunktion in Form von Lipidtröpfchen und Glykogengranula

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Zellkern (inkl. Chromosomen),

Kernäquivalente

Funktion: Träger der

genetischen Information

• Nukleoid = Kernäquivalent,

Bakterienchromosom bei Prokaryonten, zirkuläre DNA, ohne Histone, mit Nicht-Histonproteinen

Keine räumliche Trennung zwischen genet. Info und Zytoplasma => keine

räumliche Trennung zwischen Transkription und Translation!

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Zellkern (inkl. Chromosomen),

Kernäquivalente

Funktion: Träger der genetischen Information

• Nukleoid = Kernäquivalent, Bakterienchromosom bei Prokaryonten, zirkuläre DNA, ohne Histone, mit Nicht-Histonproteinen

Keine räumliche Trennung zwischen genet. Info und Zytoplasma => keine räumliche Trennung zwischen Transkription und Translation!

• alle Eukaryonten mit echtem Zellkern = Nukleus

einige (lebende) Zellen ohne Zellkern: Erythrozyten, Siebröhren

einige Zellen mit mehreren Zellkernen = polyenergid, Zellen der Leber, des Knochenmarks, quergestreifte Muskelfasern, Milchröhren; => jeder Zellkern bildet zusammen mit Teil des Zytoplasmas eine Energide

Syncytien: durch Verschmelzung einkerniger Zellen oder Kernteilung ohne Zellteilung entstanden

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Zellkern (inkl. Chromosomen)

DNA-Polymerase, RNA-Polymerase Replikation der DNA, Transkription der DNA unter Bildung von mRNA, tRNA, rRNA

Zellstrukturen und ihre Funktionen —

Zellkern (inkl. Chromosomen)

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Zellkern (inkl. Chromosomen)

Nukleus aufgebaut aus Kernmembran = Kontinuum aus rauem

Endoplasmatischem Reticulum, Kernplasma, Chromatin, Nucleolen 3 verschiedene Zustände unterscheidbar:

!• Interphasekern, zwischen zwei Kernteilungen, mit DNA-Replika-

!! tion, RNA-Synthese, Doppelmembran vorhanden, Chromatin

!! diffus, Nucleolen erkennbar

! • Arbeitskern, in differenzierten, nicht mehr teilungsbereiten

! ! Zellen, mit RNA-Synthese, Doppelmembran vorhanden,

! ! Chromatin diffus, Nucleolen erkennbar

! • Mitosekern, während der Kernteilung, Membran „aufgelöst“,

! ! einzelne Chromosomen erkennbar, keine Nucleolen

Zellkern (inkl. Chromosomen) — Zellzyklus

Arbeitskern

Interphasekern Mitosekern

Zellstrukturen und ihre Funktionen — Zellkern

(inkl. Chromosomen)

Bandenmuster = Chromomere, durch Anfärbung A/T-reicher Regionen (G-Banden) und G/C-reicher Regionen (R-Banden)