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Wie Fotosynthese funktioniert: Lichtenergie, Pigmente und die Wellenlänge

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Michelle

28.3.2023

Biologie

Fotosynthese Abitur 2023 Niedersachsen

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Biologie

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Stoffwechsel

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Photosynthese

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Transpiration

Wie Fotosynthese funktioniert: Lichtenergie, Pigmente und die Wellenlänge

Die Fotosynthese ist ein fundamentaler biologischer Prozess der Absorption von Lichtenergie durch Fotosynthesepigmente, der in Chloroplasten stattfindet und Lichtenergie in chemische Energie umwandelt.

• Der Prozess gliedert sich in Primär- und Sekundärreaktionen
• Die Primärreaktionen und Reduktionsäquivalente in der Fotosynthese finden in den Thylakoidmembranen statt
• Der Einfluss der Wellenlänge auf die Fotosyntheserate ist abhängig von den beteiligten Pigmenten
• Die Effizienz variiert je nach Pflanzentyp (C3- oder C4-Pflanzen)
• Der Prozess wird durch verschiedene Umweltfaktoren wie Lichtintensität und Temperatur beeinflusst

...

28.3.2023

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Umwandlung von Licht in chemisch gebundene Energie Primärprozesse Schwammgewebe ● Epidermis ● ● BAV UND FUNKTION DES BLATTES bifaziales Blat

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Fotosynthesepigmente und Primärreaktionen

Die Lichtabsorption erfolgt durch spezialisierte Pigmentmoleküle in den Fotosystemen. Diese Systeme sind hochorganisiert in den Thylakoidmembranen angeordnet.

Definition: Fotosynthesepigmente sind Farbstoffmoleküle, die Lichtenergie absorbieren und für die Fotosynthese nutzbar machen.

Highlight: Chlorophyll a und b sowie Carotinoide sind die wichtigsten Fotosynthesepigmente, die unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Lichts absorbieren.

Example: Das Absorptionsspektrum zeigt eine charakteristische "Grünlücke", da grünes Licht kaum absorbiert wird.

Vocabulary: Absorptionsspektrum - die Verteilung der Lichtabsorption über verschiedene Wellenlängen Wirkungsspektrum - die Abhängigkeit der Fotosyntheserate von der Wellenlänge des Lichts

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Elektronentransport und ATP-Synthese

Der komplexe Prozess der Energieumwandlung erfolgt durch koordinierte Reaktionen in den Fotosystemen I und II.

Definition: Die Chemiosmose ist der Prozess der ATP-Bildung durch einen Protonengradienten.

Highlight: Die Fotolyse des Wassers liefert Elektronen für den Elektronentransport und setzt Sauerstoff frei.

Example: Der Elektronentransport führt zur Bildung von NADPH/H+ und ATP, den energiereichen Verbindungen für die Dunkelreaktion.

Vocabulary: Fotolyse - lichtabhängige Spaltung von Wassermolekülen Elektronentransportkette - System von Elektronenüberträgern in der Thylakoidmembran

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Elektronentransport und Energieumwandlung

Der Elektronentransport in der Fotosynthese erfolgt über komplexe Reaktionsketten in den Fotosystemen I und II.

Definition: NADPH ist das wichtigste Reduktionsäquivalent in der Fotosynthese.

Highlight: Die Wasserspaltung (Fotolyse) liefert Elektronen und Protonen für den Prozess.

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Sekundärreaktionen und Calvin-Zyklus

Die Sekundärreaktionen der Fotosynthese laufen im Calvin-Zyklus ab, einem zyklischen Prozess zur CO₂-Fixierung.

Vocabulary: RuBisCO ist das Schlüsselenzym der CO₂-Fixierung.

Highlight: Der Calvin-Zyklus ist ressourcensparend durch seine zyklische Natur.

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Nachweisreaktionen der Fotosynthese

Verschiedene experimentelle Methoden belegen die Teilprozesse der Fotosynthese.

Example: Die Hill-Reaktion zeigt die Sauerstoffbildung aus Wasser.

Highlight: Isotopenmarkierungen beweisen die Herkunft des Sauerstoffs aus dem Wasser.

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Umwelteinflüsse auf die Fotosynthese

Die Fotosyntheseleistung wird stark von Umweltfaktoren wie Licht und Temperatur beeinflusst.

Definition: Der Lichtsättigungspunkt ist die Lichtintensität, ab der keine Steigerung der Fotosyntheserate mehr erfolgt.

Example: Sonnenpflanzen erreichen die Lichtsättigung erst bei höheren Intensitäten als Schattenpflanzen.

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Fotosynthese-Varianten

Es existieren verschiedene Anpassungen der Fotosynthese an unterschiedliche Umweltbedingungen.

Definition: C3- und C4-Pflanzen unterscheiden sich in ihrem CO₂-Fixierungsmechanismus.

Example: Mais ist eine typische C4-Pflanze, während Weizen zu den C3-Pflanzen gehört.

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• Der Prozess gliedert sich in Primär- und Sekundärreaktionen
• Die Primärreaktionen und Reduktionsäquivalente in der Fotosynthese finden in den Thylakoidmembranen statt
• Der Einfluss der Wellenlänge auf die Fotosyntheserate ist abhängig von den beteiligten Pigmenten
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Fotosynthesepigmente und Primärreaktionen

Die Lichtabsorption erfolgt durch spezialisierte Pigmentmoleküle in den Fotosystemen. Diese Systeme sind hochorganisiert in den Thylakoidmembranen angeordnet.

Definition: Fotosynthesepigmente sind Farbstoffmoleküle, die Lichtenergie absorbieren und für die Fotosynthese nutzbar machen.

Highlight: Chlorophyll a und b sowie Carotinoide sind die wichtigsten Fotosynthesepigmente, die unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Lichts absorbieren.

Example: Das Absorptionsspektrum zeigt eine charakteristische "Grünlücke", da grünes Licht kaum absorbiert wird.

Vocabulary: Absorptionsspektrum - die Verteilung der Lichtabsorption über verschiedene Wellenlängen Wirkungsspektrum - die Abhängigkeit der Fotosyntheserate von der Wellenlänge des Lichts

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Der Elektronentransport in der Fotosynthese erfolgt über komplexe Reaktionsketten in den Fotosystemen I und II.

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Sekundärreaktionen und Calvin-Zyklus

Die Sekundärreaktionen der Fotosynthese laufen im Calvin-Zyklus ab, einem zyklischen Prozess zur CO₂-Fixierung.

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Fotosynthese-Varianten

Es existieren verschiedene Anpassungen der Fotosynthese an unterschiedliche Umweltbedingungen.

Definition: C3- und C4-Pflanzen unterscheiden sich in ihrem CO₂-Fixierungsmechanismus.

Example: Mais ist eine typische C4-Pflanze, während Weizen zu den C3-Pflanzen gehört.

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Blattaufbau und Chloroplastenstruktur

Die Blattstruktur ist perfekt an die Fotosynthese angepasst. Das bifaziale Blatt besteht aus mehreren spezialisierten Schichten, die jeweils wichtige Funktionen erfüllen.

Definition: Der Chloroplast ist das zentrale Organell der Fotosynthese mit einer charakteristischen Doppelmembranstruktur.

Highlight: Das Palisadenparenchym ist besonders reich an Chloroplasten und stellt den Hauptort der Fotosynthese dar.

Vocabulary: Cuticula - schützende Wachsschicht auf der Blattoberfläche Stroma - flüssige Matrix des Chloroplasten Thylakoide - membranöse Strukturen im Chloroplasten

Example: Die Spaltöffnungen (Stomata) in der unteren Epidermis regulieren den Gasaustausch und die Transpiration.

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