Teil A – Biochemie, Genetik
Die Ananaspflanze (Ananas comosus) ist ein Vertreter der Familie der Bromeliengewächse. Sie ist in Amerika heimisch und wird heute in vielen subtropischen und tropischen Gebieten als Nutzpflanze angebaut. Die Frucht der Ananas ist nicht nur reich an Vitaminen und Mineralstoffen, sondern beinhaltet auch das Enzym Bromelain. Es gehört zur Gruppe der eiweißspaltenden Enzyme (Proteasen).
Konventionell werden Ananaspflanzen auf großen Plantagen in Monokultur vor allem in Brasilien, Thailand und auf den Philippinen angebaut. Diese Form des Anbaus erfordert den Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden, die Schwermetallsalze enthalten können.
Beim biologischen Anbau werden die Pflanzen unter Palmen, Mango-, Cashewbäumen oder anderen Nutzholzarten kultiviert. Außerdem werden sie im Wechsel mit Düngerpflanzen, wie zum Beispiel Bohnen, angebaut. Für ertragreiche Ananasbestände ohne Pestizide sind Fruchtwechsel und Zwischenkulturen eine wichtige Voraussetzung.
Ananaspflanzen werden in der Regel vegetativ vermehrt. Nur zur Züchtung neuer Sorten werden Ananasblüten bestäubt. Ein Ziel könnte die Züchtung von schädlingsresistenten Pflanzen mit süßen Früchten aus schädlingsanfälligen Pflanzen mit hoher Fruchtsüße und schädlingsresistenten Pflanzen mit weniger süßen Früchten sein.
Konventionell werden Ananaspflanzen auf großen Plantagen in Monokultur vor allem in Brasilien, Thailand und auf den Philippinen angebaut. Diese Form des Anbaus erfordert den Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden, die Schwermetallsalze enthalten können.
Beim biologischen Anbau werden die Pflanzen unter Palmen, Mango-, Cashewbäumen oder anderen Nutzholzarten kultiviert. Außerdem werden sie im Wechsel mit Düngerpflanzen, wie zum Beispiel Bohnen, angebaut. Für ertragreiche Ananasbestände ohne Pestizide sind Fruchtwechsel und Zwischenkulturen eine wichtige Voraussetzung.
Ananaspflanzen werden in der Regel vegetativ vermehrt. Nur zur Züchtung neuer Sorten werden Ananasblüten bestäubt. Ein Ziel könnte die Züchtung von schädlingsresistenten Pflanzen mit süßen Früchten aus schädlingsanfälligen Pflanzen mit hoher Fruchtsüße und schädlingsresistenten Pflanzen mit weniger süßen Früchten sein.
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Beschreibe den Ablauf der von Bromelain katalysierten Reaktion.
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Stelle in einem Fließschema den Weg vom Bromelain-Gen bis zum Enzym Bromelain dar.
Gib dabei die Teilprozesse und Reaktionsorte an.
Gib dabei die Teilprozesse und Reaktionsorte an.
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Begründe einen Vor- und einen Nachteil des biologischen Ananas-Anbaus.
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Erläutere unter Anwendung der Mendelschen Regeln eine Methode zur Züchtung schädlingsresistenter Ananaspflanzen mit süßen Früchten.
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Ablauf der von Bromelain katalysierten Reaktion:
Bromelain ist als Protease in der Lage, Proteine in kleine Peptide und freie Aminosäuren zu spalten. Dabei wird die Peptidbindung zwischen einzelnen Aminosäuren in einem Protein aufgelöst. Diese wasserabhängige Reaktion wird Hydrolyse genannt. Der carboxyterminale Teil des Proteins nimmt dabei die Hydroxylgruppe, und die stickstoffterminale Domäne ein Wasserstoffatom aus dem Wassermolekül auf.
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Weg vom Bromelain-Gen zum Enzym Bromelain:

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Begründeter Vor- und Nachteil des biologischen Ananas-Anbaus:
- Vorteil: Ein Einsatz von Düngemitteln ist nicht notwendig, und es entstehen keine Monokulturen. Dies ist kostengünstiger und klimafreundlicher.
- Nachteil: Die Ernte ist aufwändiger und weniger ertragreich, da auch andere Pflanzen in der Kultur wachsen.
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Methode zur Züchtung schädlingsresistenter Ananaspflanzen mit süßen Früchten:
Laut der dritten Mendelschen Regel (Unabhängigkeits- und Neukombinationsregel) können Merkmalspaare in neuen Kombinationen auftreten, wenn man zwei Lebewesen einer Art kreuzt, die sich in mehr als einem Merkmal reinerbig unterscheiden. So können Ananaspflanzen gezüchtet werden, deren Früchte süß schmecken und die schädlingsresistent sind.