1 Leben und Energie - Fotosynthese

Stomata = Spaltöffnungen, sind kleine Öffnunge auf der Blattunterseite.

Sie regulieren den Gasaustausch (CO₂ rein, O₂ raus) und die Wasserabgabe der Pflanze.

Der Transpirationssog ist die Sogkraft, die entsteht, wenn Wasser über die Blätter verdunstet.

Dadurch wird Wasser von den Wurzeln bis in die Blätter nach oben gezogen.

D

Der Randeffekt beschreibt, dass an den Übergängen zwischen zwei Ökosystemen (oft eine größere Artenvielfalt herrscht als im Inneren der Lebensräume.

• kleine oder nadelförmige Blätter
• dicke Cuticula)
• eingesenkte Stomata
• reduzierte Blattfläche

Die Sekundärreaktion, auch Dunkelreaktion genannt, ist der zweite Teil der Fotosynthese. Sie läuft im Stroma der Chloroplasten ab und wandelt Kohlenstoffdioxid mithilfe von ATP und NADPH aus der Lichtreaktion in Zucker um.

Melvin Calvin wollte herausfinden, wie Pflanzen aus Kohlenstoffdioxid Zucker herstellen. Dafür gab er Pflanzen CO₂, das mit einem radioaktiven Stoff markiert war. So konnte er verfolgen, welchen Weg der Kohlenstoff im Inneren der Pflanze nimmt. Auf diese Weise entdeckte er Schritt für Schritt den Reaktionsweg der Dunkelreaktion.

Der Calvin-Zyklus besteht aus drei Teilreaktionen: der CO₂-Fixierung, der Reduktion und der Regeneration des CO₂-Akzeptormoleküls.

In der CO₂-Fixierungsphase wird Kohlenstoffdioxid durch das Enzym Rubisco an das Molekül RuBP gebunden. Das dabei entstehende instabile Zwischenprodukt zerfällt sofort in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat.

In der Reduktionsphase wird 3-Phosphoglycerat mithilfe von ATP und NADPH zu Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt. Ein Teil dieses Stoffes wird zur Bildung von Glucose genutzt, während der restliche Teil zur Regeneration von RuBP dient.

Die Regenerationsphase ist der dritte Abschnitt des Calvin-Zyklus und findet im Stroma des Chloroplasten statt. In dieser Phase werden die zuvor gebildeten drei-Kohlenstoff-Verbindungen unter Verbrauch von ATP wieder zu Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) umgewandelt. Dadurch wird der CO₂-Akzeptor regeneriert, sodass der Zyklus erneut beginnen kann.

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Sie beschreibt die Bildung von Glucose und Sauerstoff aus Kohlenstoffdioxid und Wasser unter Nutzung von Lichtenergie, ohne dabei die Gleichung der Zellatmung mit einzunehmen.

Die Bruttofotosyntheserate gibt die gesamte Menge an gebildeter Glucose beziehungsweise produziertem Sauerstoff an. Die Nettofotosyntheserate berücksichtigt zusätzlich die Zellatmung der Pflanze und ergibt sich aus der Bruttofotosynthese minus der durch Atmung verbrauchten Stoffmenge. Die Nettofotosyntheserate ist daher stets geringer als die Bruttofotosyntheserate.

Von Lichtsättigung spricht man, wenn eine weitere Erhöhung der Lichtintensität nicht mehr zu einer Steigerung der Fotosyntheserate führt. In diesem Bereich ist das Licht nicht mehr der begrenzende Faktor, sondern ein anderer.

Der Lichtkompensationspunkt ist die Lichtintensität, bei der die Fotosyntheserate genau der Zellatmungsrate entspricht. In diesem Punkt ist die Nettofotosynthese gleich null, da die Pflanze genauso viel Sauerstoff produziert, wie sie verbraucht.

Der CO₂-Kompensationspunkt ist die CO₂-Konzentration, bei der die CO₂-Aufnahme durch Fotosynthese und die CO₂-Abgabe durch Zellatmung gleich groß sind. Hier ist die Nettofotosynthese null.

Wellenlängen des Lichts, bei denen ein Farbstoff (z. B. Chlorophyll) Licht besonders stark aufnimmt.

Experimente von Frederick Frost Blackman, die zeigen, dass die Fotosynthese aus lichtabhängigen und lichtunabhängigen Reaktionen besteht.

Aufteilung von Zellen in abgegrenzte Reaktionsräume (z. B. Organellen), damit Stoffwechselprozesse effizient und parallel ablaufen können.

Mechanismus, bei dem ein Protonengradient über eine Membran zur Bildung von ATP genutzt wird.

Von Peter Mitchell entwickeltes Modell: Energie aus Elektronentransport wird genutzt, um einen Protonengradienten aufzubauen, der die ATP-Synthese antreibt.

Flüssiger Innenraum des Chloroplasten, in dem der Calvin-Zyklus abläuft.

Thylakoidstapel als gesamte Struktur

Heterotroph bezeichnet Lebewesen, die organische Stoffe als Energie- und Kohlenstoffquelle aufnehmen müssen, da sie diese nicht selbstständig aus anorganischen Stoffen herstellen können.

Farbstoffe, die Licht aufnehmen und so die Fotosynthese ermöglichen.

6 CO2 + 6 H2O + Lichtenergie -> C6H12O6 + 6 O2

Teil des Fotosystems mit speziellem Chlorophyll, das Lichtenergie in chemische Energie umwandelt.

Stapelartige übereinanderliegende Thylakoide innerhalb eines Chloroplasten

Die Aufnahme von Lichtenergie durch Fotosynthesepigmente

Lebewesen, das seine organischen Stoffe selbst aus anorganischen Stoffen (z. B. CO₂ ) herstellt, meist durch Fotosynthese.

Die Weitergabe von aufgenommener Lichtenergie zwischen Fotosynthesepigmenten bis zum Reaktionszentrum.

Unterteilung eines Systems (wie einer Zelle oder Gewebe) in unterschiedliche Teilbereiche, sogenannte Kompartimente, in denen unterschiedliche Prozesse ablaufe

Funktionseinheit in der Thylakoidmembran aus Antennenkomplex und Reaktionszentrum zur Aufnahme und Weiterleitung von Lichtenergie

Ein Lebewesen nutzt Lichtenergie um seine Nahrung herzustellen.

umgibt das Reaktionszentrum, besteht aus Pigment, die Licht absorbieren und die Energie an das Reaktionszentrum weiterleite

Die Wellenlänge liegt unterhalb des sichtbaren Lichts und beträgt etwa 100–400 Nanometer (nm). → dieses Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar und energiereicher als sichtbares Licht.

Die Zellatmunsgleichung lautet... (Bild)

600-700 Nanometer

Thylakoide sind membranumschlossene, scheibenförmige Strukturen innerhalb von Chloroplasten (in Pflanzen und Algen) und bei phototrophen Bakterien, die den Ort der lichtabhängigen Reaktionen der Fotosythese darstellen, indem sie Chlorophyoll und andere Pigmente enthalten, um Lichtenergie zu absorbieren und in chemische Energie umwandeln.

Im Engelmannschen Bakterienversuch wird untersucht, bei welchen bestimmten Wellenlängen des Lichts die Fotosynthese am stärksten abläuft. Dazu wird eine fadenförmige Grünalge mit Licht bestrahlt, das mithilfe eines Prismas in verschiedene Farben zerlegt wurde.In der Umgebung der Alge befinden sich sauerstoffliebende Bakterien. Diese sammeln sich dort, wo die Alge durch Fotosynthese viel Sauerstoff produziert.Man beobachtet, dass sich die meisten Bakterien im roten und blauen Lichtbereich ansammeln. Daraus folgt, dass die Fotosynthese bei diesen Lichtfarben am effektivsten ist, während grünes Licht kaum genutzt wird und daher reflektiert wird.