Planter som biokemiske fabrikker

Bioteknologi 3 Figurer Tema 5 Planter som biokemiske fabrikker Bioteknologi 3 ISBN: 978-87-90363-48-2 Nucleus Forlag ApS Eksemplarfremstilling af papirkopier/prints fra denne hjemmeside til undervisningsbrug på uddannelsesinstitutioner og intern administrativ brug er tilladt med en aftale med opydan. Eksemplarfremstillingen skal ske inden for de rammer der er nævnt i aftalen.

lllllllllllllllll Tema 5 Svælg Spiserør Mund arbohydrater Proteiner DNA og RNA Lipider Spytamylase Triglycerider Mindre stivelseskæder Nucleaser Lever Galdeblære Bugspytkirtel Tolvfingertarm Tyktarm Tyndtarm Endetarm Mavesæk Bugspytamylase Maltase m.fl. Maltose Glucose Pepsin Peptidaser Trypsin og chymotrypsin Mindre polypeptider Aminosyrer P i G A T U D P i D P i D P i Nucleotider D G A T U Baser m.m. P i R Lipase Propan-1,2,3-triol Fedtsyrer Tyndtarm Blodkar lllllllllllllllllllllllllllllllllll l llllllllllllllllllllllllllllll l l llllllllllllllllllllllllllllll l l lllllllllllllllllllllllllllll l l llllllllllllllllllllllllllllll l l llllllllllllllllllllllllllllll l l llllllllllllllllllllll llllll P i T D G A l l llllllllllllllllllllllllllllll l l lllllllllllllllllllllllllllll l P i P i R D U l lllllllllllllllllllllll llllll l l lllllllllllll l l llllllllllllllllllllllllllllllllll Figur 2. pbygning af menneskets fordøjelsessystem.

Spiserør Mad Lukkemuskel Mavesæk Figur 3. Føden transporteres fra mund til mavesæk.

arbohydrater Stivelse Bugspytamylase Maltose og andre disaccharider Maltase Saccharase Lactase m.m. Monosaccharider Proteiner Polypeptider Trypsin hymotrypsin Mindre polypeptider Aminopeptidase arboxypeptidase Aminosyrer DNA og RNA DNA, RNA Nucleaser Nucleotider Andre enzymer Baser, deoxyribose, ribose, phosphat Lipider Store fedtdråber Galdesalte Mindre fedtdråber Lipase Frie fedtsyrer og propan-1,2,3-triol Figur 5. Enzymatisk fordøjelse i tolvfingertarmen.

a b c d llllllllllllllllllllllllllllllll l l lllllllllllllllllllllllllllllllll l l lllllllllllllllllllllllllllllllll llllllllllllllll l Villi l lllllllllllllllllllllllllllllllll l l llllllllllllllll l llllllllllllllll lllllllllllllllll l lllllllllllllllll Del af tyndtarm Tarmfolder Vener Arterier Lymfekar Del af tyndtarm eller med mikrovilli Figur 6. Tyndtarmens opbygning.

Mikrovilli Diffusion Galdesalt Små fedtdråber Fedtsyrer Triglycerider Fedtdråbe Galdesalte Lipase Fedtsyrer Fdt r og propan-1,2,3-triol Miceller Propan-1,2,3-triol Kylomikron Exocytose Figur 7. ptagelse af fedtsyrer og propan-1,2,3-triol. Lymfekar

Blomst Blad Stængel Rod Siderødder Figur 8. Plantens struktur.

Vand og næringsstoffer Rodhår Figur 9. Rodhår.

Plantecelle ellevæg ellemembran ytoplasma Kerne Mitokondrie entral vakuole Kloroplast Stivelseskorn Ru endoplasmatisk retikulum (rer) Ribosomer Glat endoplasmatisk retikulum (ER) Golgi-kompleks Figur 10. Plantecellen.

Længdesnit Tværsnit Intracellulært luftrum Vakuole Plasmodesma Kerne ellevæg ytoplasma Kerne ellevæg ytoplasma Figur 11 a. Parenkymceller.

Tema 5 a Phloem Xylem b Vækstlag Phloem Xylem Transport af vand og ioner fra roden Transport af bl.a. saccharose Figur 12. Xylem og phloem i stænglen.

a Bladunderside b Tværsnit af blad Epidermis Mesofyl Spalteåbning Læbeceller 2 2 + Spalteåbning 2 elle med kloroplaster Figur 13. Forstørrelse af et blad.

Bladtværsnit Mesofylcelle Kloroplast Mesofyl Ydre membran Stroma Granum Thylakoid 2 2 Indre membran Spalteåbning Kloroplast Intermembranrum Figur 14. En rejse i bladet.

Reduktion 6 2 + 12 2 6 12 6 + 6 2 + 6 2 xidation xidation 6 12 6 + 6 2 + 6 2 6 2 + 12 2 Reduktion Figur 15. xidation og reduktion i fotosyntese og respiration.

2 2 Lys- reaktioner i grana NADP + ADP + P i alvins cyklus i stroma ATP e - NADP e - e - Elektroner 2 Sukker (hexosephosphat) Figur 16. Fotosyntesen.

Lysprocesser Klorofyl a [7-ethyl-17, 18-dihydro-8, 13, 17-trimethyl-22- methoxycarbonyl-21 (22)-oxo-18-[2- (phytyloxycarbonyl)ethyl]-12-vinylcyclopenta [at]porphyrindiido]magnesium alvins cyklus Glycerat-3-phosphat Glycerolaldehyd-3-phosphat 3-phosphat-2-hydroxypropanal Phosphorsyre(2-hydroxy-3-oxopropyl)ester Figur 17. Trivialnavne og systematiske navne på fotosyntesens molekyler.

Thylakoid (høj + ) 2 2 + + ½ 2 + + Lys 2e - Lys Thylakoidmembran 2e - 2e - 2e - 2e - 2e - 2e - 2e - 2e- 2e - 2e - Stroma (høj + ) Antennemolekyler + Elektrontransportkæde NADP + + + NADP ADP + P i + ATP Fotosystem II Fotosystem I ATP-syntase Figur 18. Et fotosystem.

Fotoner 2 + + ½ 2 Primær elektronacceptor 2 2e - Primær elektronacceptor 2e - 2e Elektron - transportkæde 2e - 2e - 2e - 2e - 2e - 2e - 2e - 2e - NADP + + + NADP P680 Energi til syntese af ATP 2e - P700 Fotoner Fotosystem II Fotosystem I Figur 19. Lysreaktionen.

6 2 1 Fiksering af 2 12 ATP 2 P i 12 ADP + 12 2 P i 12 glycerat-2-phosphat P i 2 Reduktion 12 NADP + 12 + 12 NADP + 6 ribulose-1,5-bisphosphat 6 ADP + 6 2 P i P i 6 ATP alvins cyklus Synteser fra glycerolaldehyd-3-phosphat 3 2 12 glycerolaldehyd-3-phosphat P i 6 2 P i 2 2 2 Fructose-6-phosphat Figur 20. alvins cyklus. Glucose

2-3 P 2 5 6 4 2 Fructose-6-phosphat 3 1 2 2-3 P 6 2 5 4 1 3 2 Glucose-6-phosphat 2 6 5 4 1 2- P 3 3 2 Glucose-1-phosphat Figur 21. De tre hexosephosphater.

arbon Rumlig model Strukturformel Figur 22. arbonatomets bindingsforhold.

3 3 3 3 3 3 2 3 3 2 2 3 2 2 Figur 23. Variation i carbonskeletter. 3

ydroxylgruppe R 1 Aldehyd Keton arbonylgruppe R 1 R 2 arboxylsyregruppe N Aminogruppe R N R Amidogruppe Figur 24. De seks vigtigste funktionelle grupper.

2 2 Triose 2 Pentose 2 2 2 exose Glucose Fructose Figur 25. Eksempler på monosaccharider

2 Glycerolaldehyd (2,3-dihydroxypropanal) 2 2 Dihydroxyacetone (1,3-dihydroxypropan-2-on) Figur 26. De to mindste monosaccharider.

a b α Lyskilde Almindeligt lys Polarisator Polariseret lys Prøverør Analysator Figur 27. a. Planpolariseret lys og b. polarimeter.

4 2 * 1 * 3 2 R-2,3-dihydroxypropanal (D-glycerolaldehyd) 2 S-2,3-dihydroxypropanal (L-glycerolaldehyd) Figur 28. Spejlbilledisomeri.

a I > Br > l > S > F > > N > > b (=) > = > > 2 > 3 Figur 29. Prioriteringsrækkefølge for nogle atomer.

2 2 Figur 30. Princippet i navngivning af R- og S-isomere forbindelser.

N * N Thalidomid Figur 31. Thalidomid.

* * Enantiomere par 3 (S,R)-2,3-dihydroxybutanal 3 (R,S)-2,3-dihydroxybutanal Diastereomere Enantiomere par 3 3 (R,R)-2,3-dihydroxybutanal (S,S)-2,3-dihydroxybutanal Figur 32. Diastereomerer.

a a c d b d c b c a b d Figur 33. Fischer-projektion.

Smagsceller Figur 34. Smagsløg.

Forbindelse Naturlige sødestoffer Lactose Maltose Glucose Fructose Kunstige sødestoffer Aspartam Saccharin Sucralose Neotam Sødme relativ til saccharose Mindre sødme Samme sødme En smule mere sødme 4 x sødere 200 x sødere 450 x sødere 600 x sødere 8000 x sødere Figur 35. Sødestoffers sødme relativt til saccharose.

D-glucose L-glucose 1 2 3 4 5 * * * * 1 2 3 4 5 * * * * 6 2 6 2 2 2 2 6 6 2 5 5 4 1 4 1 3 2 3 2 β-d-glucose α-d-glucose β-d-glucose 2 α-d-glucose Figur 36. Projektionsformlen af D- og L-glucose. 62 % i vandig opløsning < 1 % 38 % i vandig opløsning

2 2 2 D-fructose 2 L-fructose Figur 37. D- og L-fructose.

2 2 2 2 α-d-furanose 2 β-d-furanose 2 α-d-pyranose 2 D-fructose 2 β-d-pyranose Figur 38. Fructoses ketoform og de cykliske former.

- - Tartrat-ion (2,3-dihydroxybutandioat) Figur 39. Tartration.

a α(1,4)-glycosidbinding 2 5 6 4 1 3 2 α-d-glucose + 2 5 6 4 1 3 2 α-d-glucose 2 2 1 4 + 2 Maltose b 2 2 2 2 Stivelse 2 2 1 4 Maltose Figur 40. Dannelse af maltose.

2 1 + β-d-glucose 2 2 2 4 1 4 + 2 β-d-glucose β(1,4)-glycosidbinding Figur 41. En b-1,4-glycosidbinding.

β(1,4)-glycosidbinding 2 2 2 2 1 4 1 + 4 + 2 β-d-galactose α-d-glucose Lactose Figur 42. Dannelse af lactose.

2 2 6 1 5 2 + 1 4 3 α-d-glucose β-d-fructose 2 2 1 2 α1,2-glycosidbinding 2 2 Saccharose + 2 Figur 43. Dannelse af saccharose.

a 2 2 2 2 α(1,4)-glycosidbinding Amylose b 2 2 2 α(1,6)-glycosidbinding 2 2 2 2 2 α(1,4)-glycosidbinding Amylopectin α(1,6)-glycosidbinding α(1,4)-glycosidbinding Figur 44. Amylose og amylopectin.

2 2 2 2 2 2 β(1,4)-glycosidbindinger ellulose Figur 45. ellulose.

ortex (parenkym) Epidermis Vaskulære cylinder Tredje zone Anden zone Meristem Rodkappe Første zone Figur 47. Den primære vækst i en rodspids.

a Primære xylem Vaskulære kambium Primære phloem b Primære phloem Primære xylem Sekundære xylem Vaskulære kambium Sekundære phloem Figur 48. Sekundær vækst i rødder og stængel.

Dannes i topskudsknopper Dannes i topskudsknopper 2 N Auxiner Fremmer strækningsvækst i skyggeside æmmer sideskud Fremmer strækningsvækst 3 Gibberelliner Fremmer vækst i skud 2 Dannes i plantens yderste dele N N 2 N N N ytokininer Fremmer rrodudvikling d æmmer rodudvikling d Figur 49. Tre af plantens hormoner.

a 3 N b Atropin 2 Salicylsyre c N 3 N Kinin Figur 50. Kemiske forsvarsstoffer.

Grundstof ptages som Eksempler på funktion i planten arbon () 2 xygen () 2 ydrogen () 2 Makronæringsstoffer Nitrogen (N) N 4+, N 3-, N 3 Indgår i de organiske molekyler Indgår i aminosyrer, nucleinsyrer, ATP, klorofyl og nogle vitaminer Kalium (K) alcium (a) Magnesium (Mg) Phosphor (P) Svovl (S) K + a 2+ Mg 2+ 2- P 4 2- S 4 Indgår som cofaktor i enzymer og i åbning og lukning af spalteåbninger Indgår i cellevægge og i regulering af membranproteiner Indgår i klorofyl og som cofator Indgår i nucleinsyrer, ATP, NADP, phospholipider og nogle vitaminer Indgår i aminosyrerne methionin og cystein og i coenzym A Figur 51. Plantens makronæringsstoffer.

Epidermis Rodhår ortex Xylem Figur 52. ptagelse af vand og næringssalte.

3 + 3 + ATP a 2+ K + Mg 2+ K + N 3 - N 3 - + 3 + N 3 - + 3 + 3 + K + N 4 + 2 + 2 2 3 + 3 + + 3-2 3 2 K + + 3 - Figur 53. Forstørrelse af rodhår i jorden.

N 2 Dødt organisk materiale Nitrogenfiksering Ammonifikation mon n Nedbrydere Rhizobium og cyanobakterier N 3 - - + N 2 N 4 / N 3 Nitrifikation Nitrospira Nitrosomonas - N 2 N 2 Denitrifikation Anaerobe bakterier, fx Pseudomonas Figur 54. Nitrogenkredsløb.

rganisk bundet P (P 4 3- ) Forvitring og udvaskning fra bjerge ptages i planter rganismer dør pløst phosphat (P 4 3- ) Nedbrydernes respiration Dødt organisk bundet P Anaerobt Fe 2+ + P 4 3- Fe 3+ + P 4 3- Aerobt Fe 3+ Fe 2+ FeP 4 FeP 4 Bundet phosphat a 3 (P 4 ) 2 (s) Figur 55. Phosphorkredsløb.

P-generation (rene linjer) Røde kerner Gule kerner F 1 -generation Alle planter får røde kerner Selvbestøvning ¾ af planterne får røde kerner ¼ af planterne får gule kerner Figur 57. Krydsbestøvning.

Figur 58. Krydsbestøvning. Tema 5

Figur 59. Krydsbestøvning. Tema 5

A V Normal fænotype Aktivator aktiverer det mobile element vorefter det mobile element skifter position A V A v Mutant fænotype (voksmajs) Figur 61. oppende gener.

Gen-kanon Bacillus thuringiensis Majscelle Redesignet Bt-gen Isolering af transgen majsplante Figur 62. Princippet i gensplejsning. Voksen transgen majsplante Krydsning af højtydende og transgen majs