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(Verlagsstext)

Ausführliche Darstellung des pflanzlichen Stoffwechsels

Erläuterungen wirtschaftlicher Anwendungen von Pflanzen

Übersichtliche Darstellung molekularbiologischer Methoden

Dieses Lehrbuch bietet eine umfassende Übersicht über die fundamentalen Aspekte der Pflanzenbiochemie. Die biochemischen Abläufe in einer Pflanze sind letztendlich eine wesentliche Grundlage des Lebens auf unserem Planeten. Stoffwechselprozesse, wie die Photosynthese, die Kohlendioxid-Fixierung u.v.a., werden ausführlich erklärt.

 

Die Erkenntnisse über diese pflanzenbiochemischen Prozesse könnten genutzt werden, den steigenden CO2-Emissionen auf der Erde entgegenzuwirken. Das Wissen über die molekularen und biochemischen Abläufe in Pflanzen sind also Voraussetzung, das zukünftige Leben auf der Erde zu sichern.

 

Ebenso essenziell sind die Erkenntnisse der Pflanzenmolekularbiologie und -biochemie für die wirtschaftliche Anwendung und Nutzung der Pflanzen. Studierende werden in diesem Werk lernen, welche Schritte erforderlich sind, um transgene Pflanzen zu erzeugen und um Pros und Cons der pflanzlichen Gentechnik abschätzen und vermitteln zu können.

 

In der 6. Auflage wurden zahlreiche Aktualisierungen vorgenommen. Es werden u.a. neue Einblicke zur Evolution der Pflanzen gegeben, und weitere Details des Photosyntheseapparates, der Stärke-Biosynthese und -Regulation, sowie der Funktionen und Biosynthesen von Sekundärmetaboliten dargestellt. Darüber hinaus wird erläutert, wie die molekulare Genschere CRISPR-Cas zur Erzeugung transgener Pflanzen eingesetzt werden kann.

 

Besonderen Wert legen die Autor*innen darauf, durch eine klare und verständliche Didaktik komplexe Sachverhalte darzustellen - das ist ein Kennzeichen dieses Lehrbuches. Mit sorgfältig erstellten Abbildungen erfüllt es einen hohen didaktischen Anspruch und reiht sich unter die besten Biochemie-Lehrbücher.

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Eine Blattzelle ist in mehrere metabolische Kompartimente unterteilt 1 / 1.1 Die Zellwand verleiht der Pflanzenzelle mechanische Stabilität 4 / 1.2 Vakuolen haben vielfältige Funktionen 8 / 1.3 Plastiden differenzieren sich in verschiedene Typen 9 / 1.4 Mitochondrien sind durch Endosymbiose entstanden 13 / 1.5 In den Peroxisomen laufen die Fettsäure-Oxidation, Photorespiration und Biosynthese von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) ab 13 / 1.6 Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat bilden ein Netzwerk zur Verteilung von Proteinen 15 / 1.7 Unterschiedliche Transportmechanismen vermitteln den Stoffaustausch zwischen Kompartimenten 17 / / 2 Die Energie des Sonnenlichts und die Photosynthese sind die Grundlage für das Leben auf der Erde 27 / 2.1 Der Ursprung der Photosynthese 27 / 2.2 Der Energiegehalt des Lichts hängt von seiner Wellenlänge ab 28 / 2.3 Chlorophyll ist der zentrale Photosynthesefarbstoff 29 / 2.4 Das optimale Einfangen von Licht gelingt mit Antennen-Proteinkomplexen 34 / / 3 Die Photosynthese ist ein Elektronentransportprozess 41 / 3.1 Photosyntheseapparate sind aus Modulen aufgebaut 41 / 3.2 Bei der Photosynthese entstehen Reduktions- und Oxidationsmittel 43 / 3.3 Die 3D-Struktur des photosynthetischen Reaktionszentrums wurde durch Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt 44 / 3.4 Wasser wird durch das Photosystem II gespalten 52 / 3.5 Herbizide hemmen die Photosysteme und werden deshalb in der Landwirtschaft eingesetzt 55 / 3.6 Der Cytochrom-Z?/-Komplex vermittelt den Elektronentransport zwischen Photosystem II und Photosystem 1 56 / 3.7 Das Photosystem I produziert reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADPH+) 61 / 3.8 Die Verteilung eingefangener Photonen auf beide Photosysteme wird reguliert 66 / 4 Bei der Photosynthese wird ATP erzeugt 71 / 4.1 Ein Protonengradient vermittelt die ATP-Biosynthese 72 / 4.2 Entkoppler bewirken die Dissipation des elektrochemischen Protonengradienten in Wärme 73 / 4.3 H+-ATP-Synthasen in Bakterien, Chloroplasten und Mitochondrien besitzen eine einheitliche Grundstruktur 75 / 4.4 Die Biosynthese des ATP wird durch eine Konformationsänderung des Proteins bewirkt 78 / / 5 Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zellen 81 / 5.1 Kohlenhydrate werden in Kohlendioxid und gebundenen Wasserstoff zerlegt 81 / 5.2 Zellatmung findet in den Mitochondrien statt 81 / 5.3 Die biologische Oxidation findet im Matrixraum statt 82 / 5.4 Die mitochondriale Atmungskette besitzt Gemeinsamkeiten mit der Elektronentransportkette der Photosynthese 88 / 5.5 Pflanzliche Mitochondrien erfüllen spezielle Stoffwechselfunktionen 94 / 5.6 Die Kompartimentierung des mitochondrialen Stoffwechsels erfordert spezifische Membran-Translokatoren 96 / / 6 Der Calvin-Benson-Bassham-Zyklus katalysiert die photosynthetische CO2-Assimilation 99 / 6.1 Carboxylierung, Reduktion und Regeneration sind die drei Prozesse in der 99 / 6.2 Die Ribulosebisphosphat-Carboxylase/Oxygenase (RubisCO) katalysiert zwei Reaktionen 100 / 6.3 Die Reduktion von 3-Phosphoglycerat führt zu Triosephosphat 105 / 6.4 Der CO2-Akzeptor Ribulosebisphosphat wird aus Triosephosphat regeneriert 106 / 6.5 Der reduktive und oxidative Pentosephosphatweg kommen beide in Chloroplasten vor 112 / 6.6 Reduzierte Thioredoxine übertragen das Signal für den Zustand „Belichtung“ und aktivieren oder deaktivieren Enzyme 114 / / 7 Der Photorespirationsweg recycelt Phosphoglykolat 119 / 7.1 Ribulose-1,5-bisphosphat wird durch das Recycling von 2-Phosphoglykolat zurückgewonnen 119 / 7.2 Für die Reduktion des Hydroxypyruvats müssen Peroxisomen mit Reduktionsäquivalenten versorgt werden 124 / 7.3 Die Refixierung des im Photorespirationsweg freigesetzten Ammonium-Ions erfolgt mit hoher Effizienz 126 / 7.4 Die peroxisomale Matrix entsorgt toxische Metabolite 128 / / 8 Photosynthese ist mit Wasserverbrauch verbunden 129 / 8.1 Bei der Aufnahme von CO2 in das Blatt geht Wasser aus dem Blatt in Form von Wasserdampf verloren 129 / 8.2 Stomata regulieren den Gasaustausch in einem Blatt 130 / 8.3 Diffusion von CO2 in eine Pflanzenzelle 132 / 8.4 C4-Pflanzen benötigen bei der CO2-Assimilation weniger Wasser als Ca-Pflanzen 134 / 8.5 Der Crassulaceen-Säurestoffwechsel ermöglicht vielen Pflanzen, auch bei sehr großem Wassermangel zu überleben 142 / / 9 Polysaccharide sind Speicher- und Transportform der durch Photosynthese gebildeten Kohlenhydrate 147 / 9.1 Die Saccharose wird im Cytosol synthetisiert 148 / 9.2 Fruktose-1,6-bisphosphatase ist das Eingangsventil für die Saccharose-Biosynthese 149 / 9.3 Große Kohlenhydratmengen werden in Form von Stärke für den nächtlichen Metabolismus und das Wachstum gespeichert 153 / 9.4 Der Abbau von Stärke erfolgt auf zwei verschiedenen Wegen 158 / 9.5 Manche Pflanzen exportieren Assimilate der Blätter als Zuckeralkohole oder als Oligosaccharide der Raffinosefamilie 164 / 9.6 Fruktane werden als Speichersubstanz in der Vakuole gelagert 166 / 9.7 Cellulose wird durch Enzyme der Plasmamembran synthetisiert 168 / / 10 Die Assimilation von Nitrat wird zur Biosynthese von organischem Material benötigt 171 / 10.1 Die Reduktion von Nitrat zu NH3 erfolgt in zwei Teilreaktionen 171 / 10.2 Die Nitratassimilation unterliegt vielfältigen Regulationen 177 / 10.3 Endprodukt der Nitratassimilation ist die Gesamtheit aller Aminosäuren 179 / 10.4 Glutamat ist Ausgangsmetabolit für die Biosynthese von Chlorophyllen und Cytochromen 188 / 10.5 Degradation von Chlorophyll 191 / / 11 Durch N2-Fixierung kann der Luftstickstoff für das Pflanzenwachstum genutzt werden 193 / 11.1 Leguminosen bilden eine Symbiose mit Knöllchenbakterien 193 / 11.2 Die Dinitrogenase-Reduktase liefert Elektronen für die Dinitrogenasereaktion 197 / 11.3 Pflanzen verbessern ihre Nährstoff-Versorgung durch die Symbiose mit Pilzen 200 / / 12 Produkte der Nitratassimilation und Stickstoff-Fixierung werden in Pflanzen als Proteine gespeichert 203 / 12.1 Globuline sind die am weitesten verbreiteten Speicherproteine 204 / 12.2 Die Protein-Biosynthese der Speicherproteine erfolgt am rauen endoplasmatischen Retikulum 205 / / 13 Die Assimilation von Sulfat ermöglicht die Biosynthese schwefelhaltiger Verbindungen 209 / 13.1 Sulfatassimilation 209 / 13.2 Glutathion dient der Zelle als Antioxidans und zur Entgiftung von Schadstoffen 213 / 13.3 Methionin wird ausCystein synthetisiert 215 / 13.4 Sulfat spielt eine wichtige Rollebei Trockenstress 217 / / 14 Durch den Phloemtransport erreichen die Photoassimilate ihre Verbrauchs- und Speicherorte 219 / 14.1 Die symplastische und apoplastische Phloembeladung 220 / 14.2 Der Phloemtransport erfolgt durch einen Massenstrom 221 / 14.3 Durch Phloementladung werden Sink-Gewebe versorgt 222 / 14.4 Durch die Glykolyse werden Kohlenhydrate metabolisiert 223 / / 15 Lipide sind Membranbausteine und Kohlenstoffspeicher 227 / 15.1 Polare Lipide sind wichtige Membranbausteine 227 / 15.2 Triacylglycerine sind Reservesubstanzen 232 / 15.3 Glycerin-3-phosphat ist Ausgangsmetabolit für die Biosynthese von Glycerolipiden 238 / 15.4 Während der Samenkeimung erfolgt die Mobilisierung des Kohlenstoffs aus den Speicherlipiden in den Glyoxysomen 243 / 15.5 Spezialisierte Fettsäuren und deren Derivate erfüllen besondere Aufgaben 247 / / 16 Spezialmetabolite erfüllen in Pflanzen spezielle biologische und ökologische Funktionen 253 / 16.1 Pflanzen schützen sich gegen phytopathogene Mikroorganismen und Herbivoren 253 / 16.2 Degradation von cyanogenen Glykosiden setzt toxische Blausäure frei 258 / 16.3 Glukosinolatdegradation führt zur Freisetzung von toxischen Senfölen 259 / 16.4 Alkaloide umfassen eine Vielfalt heterozyklischer Spezialmetabolite 262 / 16.5 Transport, Speicherung und Umsatz von Spezialmetaboliten 264 / 17 Die große Vielfalt der Isoprenoide 265 / 17.1 Höhere Pflanzen haben zwei verschiedene Biosynthesewege für Isoprenoide 266 / 17.2 Monoterpene werden aus Geranylpyrophosphat gebildet 270 / 17.3 Sesquiterpene werden aus Farnesylpyrophosphat gebildet 272 / 17.4 Geranylgeranylpyrophosphat ist die Vorstufe für Diterpene und Polyterpene 274 / 17.5 Regulation der Isoprenoid-Biosynthese 277 / / 18 Viele pflanzliche Spezialmetabolite und Zellwandbestandteile sind Phenylpropanoide 279 / 18.1 Die Phenylalanin-Ammoniak-Lyase und Monooxygenasen sind wichtige Enzyme des Phenylpropanstoffwechsels 280 / 18.2 Phenylpropane polymerisieren zu Makromolekülen 283 / 18.3 Die Biosynthese der Flavonoide und Stilbene nutzt Acetat für den zweiten aromatischen Ring 286 / / 19 Vielfältige Signale koordinieren Wachstum und Entwicklung verschiedener Pflanzenorgane und ermöglichen die Anpassung an unterschiedliche Umweltbedingungen 293 / 19.1 Signalketten und Netzwerke beginnen mit Rezeptoren 293 / 19.2 Phytohormone sind strukturell diverse Substanzen 300 / 19.3 Lichtsensoren steuern Wachstum und Entwicklung von Pflanzen 311 / / 20 Eine Pflanzenzelle besitzt drei verschiedene Genome 317 / 20.1 Im Kern sind die Gene auf mehrere Chromosomen verteilt 317 / 20.2 Transposons vagabundieren durch das Genom 328 / 20.3 Plastiden besitzen ein zirkuläres Genom 331 / 20.4 Das Mitochondrien-Genom von Pflanzen variiert sehr stark in seiner Größe 334 / / 21 Biosynthese, Prozessierung und Abbau von Proteinen in Pflanzen 339 / 21.1 Die Protein-Biosynthese erfolgt durch Ribosomen 340 / 21.2 Proteine erreichen durch Modifikationen und kontrollierte Faltung ihre biologischen Eigenschaften 345 / 21.3 Kernkodierte Proteine werden auf verschiedene Zellkompartimente verteilt 349 / 21.4 Proteine werden durch Proteasomen abgebaut 355 / / 22 Durch Gentechnik können Pflanzen den Bedürfnissen von Landwirtschaft, Ernährung und Industrie angepasst werden 357 / 22.1 Ein Gen wird isoliert und in einer Genbank archiviert 357 / 22.2 Der DNA-Polymorphismus liefert genetische Marker für die Pflanzenzüchtung 364 / 22.3 Agrobakterien können Pflanzenzellen transformieren 368 / 22.4 CRISPR/Cas ist eine spezifische Methode desGenome Editings 375 / 22.5 Für die pflanzliche Gentechnik bestehen vielfältige / / Anwendungsmöglichkeiten 379 / Stichwortverzeichnis 383