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Fotosynthese

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 Faktor Licht
apparente Fotosynthese:
Beschreibt die Gesamtheit des gebildeten Zuckers
abzüglich des Energieverbrauchs durch die Atmung
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Themen: -Fotosynthese: Faktoren Licht, Temperatur und CO2-Konzentration - Emerson-Effekt - Lichtabhängige Reaktion -Lichtunabhängige Reaktion (Calvin-Zyklus) - C4-Pflanzen -CAM-Pflanzen - das Wesen derFotosynthese - Fotosysteme P680 und P700

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Faktor Licht apparente Fotosynthese: Beschreibt die Gesamtheit des gebildeten Zuckers abzüglich des Energieverbrauchs durch die Atmung reelle Fotosynthese: Beschreibt die Gesamtheit des gebildeten Zuckers Assimilation: : alle stattgefunden Prozesse, also z.B. Fotosynthese Dissimilation: - stattgefunde Prozesse -> CO2- Freisetzun - Zellatmung (unter aeroben Bedingungen) Gärung (unter anaeroben Bedingungen) 100 Faktor Kohlenstoffdioxid Fotosynthese Kohlenstoffdioxidkonzentration - Der CO2- Gehalt in der Luft beträgt ca. 0,04 Vol.% - liegt deutlich unter dem Optimum (0,1 Vol.%) - Fotosyntheserate lässt sich durch künstliche Begasung mit CO2 steigern Fotosyntheseleistung [%] 80. F . 60-. Atmosphärenluft 40. 20- 0,05 0,10 0,15 CO Konzentration Faktor Temperatur Temperatur - bei hoher Lichtintensität wird die Fotosyntheserate maßgeblich von der Temperatur bestimmt durch ablaufende enzymkatalytische Reaktionen gibt es eine typische Temperaturabhängigkeit strenge Temperaturabhängigkeit gibt es nur, wenn die enzymkatalytischen Reaktionen bestimmend sind - bei Starklicht steigt die Fotosyntheserate mit steigender Temperatur an und erreicht das Optimum bei ca. 20-30 Grad wenn fotochemische Reaktionen limitierend wirken, hat die Temperatur so gut wie keinen Einfluss (siehe Schwachlicht) Lichtkompensationspunkt: Dieser Punkt gibt an, ab welcher Beleuchtungsstärke/-intensität das durch den Fotosynthese-Zyklus fixierte Kohlenstoffdioxid und das bei der Atmung ausgeschiedene Kohlenstoffdioxid gerade gleich sind. (Gleichgewicht) (Assimilation=Dissimilation) Lichtsättigung: Ist die Beleuchtungsstärke, bei der für die spezifische Pflanze die maximale Fotosyntheserate erreicht ist. Übersteigt man dieses Maximum kann es zu Schäden an der Pflanze kommen Fotosynthese ist immer abhängig von Licht, Kohlenstoffdioxidkonzentration und Temperatur. Mit zunehmender Strahlung wirken andere Faktoren hemmend. 80 60 CO2-Aufnahme Minimumgesetz sämtliche Faktoren wirken zusammen der Faktor, der sich am weitesten vom Optimum entfernt befindet, hat den meisten Einfluss (Minimumgesetz). 100 Fotosyntheseleistung 40 - Bei optimalem Licht + Temperatur bleibt...

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die Rate begrenzt, wenn die Kohlenstoffdioxidkonzentration nicht stimmt. Schattenpflanzen besitzen geringere. Lichtkompensationspunkte und niedrigere Lichtsättigungen. CO2-Abgabe 80 Lichtkompensationspunk 60 100 Fotosyntheseleistung 40 Gtarklicht Sonnenpflanze Schwachlicht Schattenpflanze Optimum_ 30 Mais Lichtintensität Temperatur Temperatur Wesen der Fotosynthese Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie (Kohlenhydrate) Vereinfacht: ь сог 6 H₂0 [eigentlich 6 CO₂ + 12 H₂O + - Die Synthese kann nur Schrittweise erfolgen Photonen Schlussfolgerungen für die Bildung energiereicher Stoffe, ist ein geeignetes Reduktionsmittel und ATP notwendig Modell Chlorophyll im Grundzustand [reduzierte Form] Auffüllen der e-Lücke 4 Redoxpotential + -1 сог H₂O (zunahme der e-Affinität) 2H* 2e- zo • Reduktion e - Aufnahme C6 H12 % Chlorophyll oxidierte Form * рово Absorption von Licht bestimmter Wellenlänge P680 Fotosynthese C6H12O6 + 60₂ e ATP + 60₂ H₂ H-C-H HO-C-H 1 H-COOH 1. H-C-OH Chlorophyll CH₂ - OH Elektronentransport kette + P700 p700 endotherm 6 H₂0 ] -carotinoide (Antennen pigmente) Glucose • Oxidationszahlen -Reaktionszentrum Aufnahme durch Elektronenak zept. Freisetzung Chlorophyll molek in angeregtem Zustand von e e ATP NAD P+ 2e² 24+ → andere Seite Stärke zelle Stromathylakoid Granum DUA äußere Membran innere Membran •Thyla koidinnenraum Stroma Ribosom "Lipidtröpfchen NADPH +H+ universelles Reduktionsmittel jeder Bau der Chloroplasten umschlossen von einer Doppelmembran - im inneren befinden sich Membransäckchen (Thylakoide) - es wird zwischen 2 Typen Unterschieden 1. im Stroma befinden sich einzelne Stromathylakoide 2. Stapelartige Thylakoide: Granathylakoide der Innenraum der Chloroplasten wird durch das Membransystem in 2 Reaktionsräume geteilt Fotosysteme Antennenpigmente absorbieren die Strahlung zunächst und leiten sie an die (weiter im inneren liegenden) Chlorophyllmoleküle weiter Wichtig: Die Weitergabe der Anregungsenergie erfolgt immer entsprechend dem energetischen Gefälle. Sie verläuft also stehts zum Pigment molekül mit dem langwelligsten Absorptionsmaximum. Elektronentransportkette 1. besteht aus mehreren, in der Thylakoidmembran befindlichen Redoxsystemen 2. bei Weitergabe der Elektronen verlieren diese an Energie 3. die meisten Redoxsysteme bilden bei der Aufnahme von Elektronen Protonen und geben diese bei der Elekronenabgabe wieder ab ashaped 0890 Elektronentransport + ATP-Bildung" Emerson-Effekt - - Einzelnd betrachtet steigern die beiden Lichtfarben ( mit der Wellenlänge 680nm und 700nm) die Fotosyntheserate nicht wirklich - In Kombination verdreifacht sich die Fotosyntheserate Deutung: Da 2 Fotosysteme nebeneinander existieren (P680 und P700), diese jedoch bei unterschiedlichen Wellenlängen. aktiv werden, entsteht eine art Elekronenstau in der. Transportkette der Elektronen. Wenn aber 2 Lichtfarben also mit unterschiedlichen Wellenlängen/Frequenzen genutzt werden und somit auch beide Fotosysteme aktiv arbeiten können, kann eine maximale Auslastung der Fotosyntheserate erreicht werden (ausgehend von einem Optimum bei den anderen Faktoren). Lichtabhängige Reaktion Lichtenergie wird von den Antennenpigmenten des Fotosystems 2 absorbiert - wird zum Reaktionszentrum P680 weitergeleitet - das Chlorophyll-a-Molekül gelangt dadurch in einen angeregten Zustand gibt ein Elektron an ein Akzeptormolekül weiter - Fotosynthese das freie Elekron wird vom Redoxsystem Ferredoxin übernommen und auf NADP+ übertragen - ERgebnis NADPH H+ Thylakoid membran 00000 Thylakoid-innenraum - im Chlorophyll-a-molekül wird die Elektronenlücke durch ein Elektron gefüllt, welches beim spalten von Wasser freigesetzt wurde - der Freigesetzte Sauerstoff kommt also nicht aus dem CO2 sondern aus der Fotolyse-Reaktion angeregte Elektronen fließen über eine Elektronentransportkette vom Akzeptormolekül des Fotosystems. 2 zum Fotosystem 1 - passieren dabei verschiedene Redoxsysteme (PQ-Plastochinon; CY=Cytochronkomplex; PC= Plastocyanin; FD= Ferredoxin) - läuft von Redoxsystemen mit hohem Energieniveau auf welche mit niedrigerem dabei werden H+-lonen gegen das Konzentrationsgefälle in den Thylakoid-Innenraum gepumpt der Protonengradient wird zur Synthese von ATP genutzt - Protonen fließen durch das Enzym ATP_Synthase zurück ins Stroma und bilden so ATP (wird auch Fotophosphorilierung genannt) Elektonen gelangen zum Fotosystem 1 (P700) und füllen die Elektronrnlücke auf, die durch lichtinduzierte Anregung eines weiteren Elekrons entstanden ist Licht energie P680 H₂0 Redoxsysteme 2H+ ера 7/0₂ + 2H+ Cy 24+ Zyklischer Elektronentransport Bei ausreichend hoher Konzentration an UADPH+H* in der Zelle ist auch ein Elektronenfluss nur über P700 möglich von P700 fließen die Elektronen über Fa und über Cy zum P700 zurück und ATP erzeugen. PC P700 e 0000000 ADP+ P Redoxsystem Fd 10:00 24* NADP-Reduktase ATP Relative O2-Produktion -AIP Synthase Theoretische Summe 2 NADPH+H* 680 700 NAD P + 2 H+ 700 + 680 Fotolyse Wasser wird durch Licht und Enzyme in Protonen, Sauerstoff und Elektronen gespalten. Lichtunabhängige Reaktion Findet im sogenannten CALVIN - Zyklus statt 1. CO2-Fixierung Primärakzeptor für CO2 ist ein C5-Körper namens Ribulose 1,5-Bisphosphat (Rubisco) - der erste Schritt wird durch Rubisco katalysiert - Ergebnis ist ein instabiler C6-Körper, welcher in 2 C3-Körper zerfällt (3-Phosphoglycerat) 2. Reduktion des C3-Körpers - ATP und NADPH H+ werden zur Reduktion des C3-Körpers eingesetzt - 2 C3-Körper (Glycerinaldehyd-3phosphat) werden in mehreren Reaktionsschritten zu Glucose verarbeitet 3. Regeneration des Primärakzeptors 10.C3-Körper werden in. mehreren Schritten enzymkatalytisch zu 6 C5-Körpern umgebaut Carboxyl- +I _I IL Gruppe HO 01 4 saure Fotosynthese (7 CHILL H-C-OH H-C-O-P (PGS) Reduktion Ze NADPH+4+ C. 4 Pelanzen + NADP+ +I H còi Aldehyd ÇI Gruppe H-C-OH 1 H-C-O-P H (PGA) Ablauf der Biochemie in den C4-Pflanzen 1. In der Mesophyllzellen wird CO2 an den Akzeptor PEP gebunden, sodass Oxalessigsäure entstehen kann 2. Oxalessigsäure wird mit Hilfe von NADPH H+ zu Äpfelsäure reduziert 3. Äpfelsäure wird zur Bündelscheidenzelle transportiert 4. In den Bündelscheidenzellen wird CO2 aus der Äpfelsäure freigesetzt und kann dem CALVIN-Zyklus beigefügt werden 5. Nachdem sich CO2 abgespalten hat gelangt das verbliebene Pyruvat (Benzentraubensäure) zurück in die Mesophyllzellen 6. Unter Ernergieverbrauch wird es in den CO2-Akzeptor PEP umgewandelt + H₂O Bei den C4-Pflanzen laufen die beiden Zyklen (CO2-Fixierung und Calvin- Zyklus) räumlich getrennt ab und nicht, wie bei den CAM-Pflanzen zeitlich getrennt. Blattquerschnitt zeigt anderen Aufbau als bei C3-Pflanzen: - Um die Leitbündel ordnen sich Zellen der Leitbündelscheide mit großen, stärkereichen Chloroplasten, außen befindet sich ein Kranz locker stehender Mesophyllzellen Kutikula Epidermis Mesophyll- zelle Bündel- scheidenzelle Leitbündel- gefäße Spaltöffnung 60000000 Ribulose-1,5-bisphosphat 6 ADP+ 6ATP- 10-0 Glycerinaldehyd- 3-phosphat 10 Regeneration des CO₂-Akzeptors O 60 сог Calvin- Zyklus Calvin-Zyklus Fixierung von CO₂ -000 Glucose CO2 Äpfelsäure C4 12C 000 3-Phosphoglycerat Beispiele für C4-Pflanzen - Mais - Zuckerrohr - Hirse - Amaranth viele verschiedene Gräser Bündelscheidenzelle 20-0-0-0 Reduktion + Glycerinaldehyd-3-phosphat Glucosebildung C1₂2 12 ATP 170- -0-℗ Glycerinaldehyd-3-phosphat 12 ADP + 12 @ 12 NADPH + H² 12 NADP+ Co Äpfelsäure Interzellulare strom a CO2 Akzeptor (Phospho- enolpyruvat) Mesophyllzelle Fotosynthese CAM Pflanzen - CAM-Pflanzen (Crassulanceen Acid Metabolism) nehmen CO2 wie die C4-Pflanzen auf - Nachts wird die Äpfelsäure in Vakuolen gespeichert - pH-Wert des Zellsaftes sinkt - tagsüber werden die Spaltöffnungen geschlossen, um den Wasserverlust zu minimieren - Äpfelsäure wird gespalten und der pH-Wert steigt wieder - freigesetztes CO2 kann tagsüber im Calvin-Zyklus verarbeitet werden - durch den wechselnden pH-Wert im Tag-Nacht-Rhythmus spricht man auch von diurnalem Säurezyklus sie sparen viel Wasser, allerdings sind sie so im Vergleich zu C3-Pflanzen weniger produktiv - in der Graphik kann man das CO2 Aufnahme-Verhalten deutlich erkennen - nachts wird viel CO2 aufgenommen (und gespeichert (Äpfelsäure)) und tagsüber nicht auch der Wasserverbrauch sinkt tagsüber auf ein Minimum ab, was sich durch die geschlossenen Spaltöffnungen.erklären lässt. Beispiele für CAM-Pflanzen Ananas - Agaven - Kaktus - Vanille - Brutblatt. - Dickblattgewächse

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Cool, mit dem Lernzettel konnte ich mich richtig gut auf meine Klassenarbeit vorbereiten. Danke 👍👍

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H-C-OH Chlorophyll CH₂ - OH Elektronentransport kette + P700 p700 endotherm 6 H₂0 ] -carotinoide (Antennen pigmente) Glucose • Oxidationszahlen -Reaktionszentrum Aufnahme durch Elektronenak zept. Freisetzung Chlorophyll molek in angeregtem Zustand von e e ATP NAD P+ 2e² 24+ → andere Seite Stärke zelle Stromathylakoid Granum DUA äußere Membran innere Membran •Thyla koidinnenraum Stroma Ribosom "Lipidtröpfchen NADPH +H+ universelles Reduktionsmittel jeder Bau der Chloroplasten umschlossen von einer Doppelmembran - im inneren befinden sich Membransäckchen (Thylakoide) - es wird zwischen 2 Typen Unterschieden 1. im Stroma befinden sich einzelne Stromathylakoide 2. Stapelartige Thylakoide: Granathylakoide der Innenraum der Chloroplasten wird durch das Membransystem in 2 Reaktionsräume geteilt Fotosysteme Antennenpigmente absorbieren die Strahlung zunächst und leiten sie an die (weiter im inneren liegenden) Chlorophyllmoleküle weiter Wichtig: Die Weitergabe der Anregungsenergie erfolgt immer entsprechend dem energetischen Gefälle. Sie verläuft also stehts zum Pigment molekül mit dem langwelligsten Absorptionsmaximum. Elektronentransportkette 1. besteht aus mehreren, in der Thylakoidmembran befindlichen Redoxsystemen 2. bei Weitergabe der Elektronen verlieren diese an Energie 3. die meisten Redoxsysteme bilden bei der Aufnahme von Elektronen Protonen und geben diese bei der Elekronenabgabe wieder ab ashaped 0890 Elektronentransport + ATP-Bildung" Emerson-Effekt - - Einzelnd betrachtet steigern die beiden Lichtfarben ( mit der Wellenlänge 680nm und 700nm) die Fotosyntheserate nicht wirklich - In Kombination verdreifacht sich die Fotosyntheserate Deutung: Da 2 Fotosysteme nebeneinander existieren (P680 und P700), diese jedoch bei unterschiedlichen Wellenlängen. aktiv werden, entsteht eine art Elekronenstau in der. Transportkette der Elektronen. Wenn aber 2 Lichtfarben also mit unterschiedlichen Wellenlängen/Frequenzen genutzt werden und somit auch beide Fotosysteme aktiv arbeiten können, kann eine maximale Auslastung der Fotosyntheserate erreicht werden (ausgehend von einem Optimum bei den anderen Faktoren). Lichtabhängige Reaktion Lichtenergie wird von den Antennenpigmenten des Fotosystems 2 absorbiert - wird zum Reaktionszentrum P680 weitergeleitet - das Chlorophyll-a-Molekül gelangt dadurch in einen angeregten Zustand gibt ein Elektron an ein Akzeptormolekül weiter - Fotosynthese das freie Elekron wird vom Redoxsystem Ferredoxin übernommen und auf NADP+ übertragen - ERgebnis NADPH H+ Thylakoid membran 00000 Thylakoid-innenraum - im Chlorophyll-a-molekül wird die Elektronenlücke durch ein Elektron gefüllt, welches beim spalten von Wasser freigesetzt wurde - der Freigesetzte Sauerstoff kommt also nicht aus dem CO2 sondern aus der Fotolyse-Reaktion angeregte Elektronen fließen über eine Elektronentransportkette vom Akzeptormolekül des Fotosystems. 2 zum Fotosystem 1 - passieren dabei verschiedene Redoxsysteme (PQ-Plastochinon; CY=Cytochronkomplex; PC= Plastocyanin; FD= Ferredoxin) - läuft von Redoxsystemen mit hohem Energieniveau auf welche mit niedrigerem dabei werden H+-lonen gegen das Konzentrationsgefälle in den Thylakoid-Innenraum gepumpt der Protonengradient wird zur Synthese von ATP genutzt - Protonen fließen durch das Enzym ATP_Synthase zurück ins Stroma und bilden so ATP (wird auch Fotophosphorilierung genannt) Elektonen gelangen zum Fotosystem 1 (P700) und füllen die Elektronrnlücke auf, die durch lichtinduzierte Anregung eines weiteren Elekrons entstanden ist Licht energie P680 H₂0 Redoxsysteme 2H+ ера 7/0₂ + 2H+ Cy 24+ Zyklischer Elektronentransport Bei ausreichend hoher Konzentration an UADPH+H* in der Zelle ist auch ein Elektronenfluss nur über P700 möglich von P700 fließen die Elektronen über Fa und über Cy zum P700 zurück und ATP erzeugen. PC P700 e 0000000 ADP+ P Redoxsystem Fd 10:00 24* NADP-Reduktase ATP Relative O2-Produktion -AIP Synthase Theoretische Summe 2 NADPH+H* 680 700 NAD P + 2 H+ 700 + 680 Fotolyse Wasser wird durch Licht und Enzyme in Protonen, Sauerstoff und Elektronen gespalten. Lichtunabhängige Reaktion Findet im sogenannten CALVIN - Zyklus statt 1. CO2-Fixierung Primärakzeptor für CO2 ist ein C5-Körper namens Ribulose 1,5-Bisphosphat (Rubisco) - der erste Schritt wird durch Rubisco katalysiert - Ergebnis ist ein instabiler C6-Körper, welcher in 2 C3-Körper zerfällt (3-Phosphoglycerat) 2. Reduktion des C3-Körpers - ATP und NADPH H+ werden zur Reduktion des C3-Körpers eingesetzt - 2 C3-Körper (Glycerinaldehyd-3phosphat) werden in mehreren Reaktionsschritten zu Glucose verarbeitet 3. Regeneration des Primärakzeptors 10.C3-Körper werden in. mehreren Schritten enzymkatalytisch zu 6 C5-Körpern umgebaut Carboxyl- +I _I IL Gruppe HO 01 4 saure Fotosynthese (7 CHILL H-C-OH H-C-O-P (PGS) Reduktion Ze NADPH+4+ C. 4 Pelanzen + NADP+ +I H còi Aldehyd ÇI Gruppe H-C-OH 1 H-C-O-P H (PGA) Ablauf der Biochemie in den C4-Pflanzen 1. In der Mesophyllzellen wird CO2 an den Akzeptor PEP gebunden, sodass Oxalessigsäure entstehen kann 2. Oxalessigsäure wird mit Hilfe von NADPH H+ zu Äpfelsäure reduziert 3. Äpfelsäure wird zur Bündelscheidenzelle transportiert 4. In den Bündelscheidenzellen wird CO2 aus der Äpfelsäure freigesetzt und kann dem CALVIN-Zyklus beigefügt werden 5. Nachdem sich CO2 abgespalten hat gelangt das verbliebene Pyruvat (Benzentraubensäure) zurück in die Mesophyllzellen 6. 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