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Fotosynthese
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Amy
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Fotosynthese im Überblick 1. Erklären Sie die Begriffe lichtabhängige und lichtunabhängige Reaktionen der Fotosynthese und erläutern Sie anhand von M1, wie beide Vorgänge miteinander verknüpft sind. Die Fotosynthese lässt sich in zwei Teilvorgänge untergliedern: die lichtunabhängige Bildung von Sauerstoff, NADPH+H* und ATP (Primärreaktion) sowie die lichtunabhängige Reduktion von CO₂ zu Glucose (Sekundärreaktion). Lichtabhängige Reaktionen Licht wird von dem Antennenkomplex des Fotosystems II absorbiert u d zum Reaktionszentrum P680 weitergeleitet. Das Chlorophyll-a-Molekül gelangt dadurch in einen angeregten Zustand und gibt ein energiereiches Elektron an ein Akzeptormolekül weiter. Im Chlorophyll-a-Molekül wird die Entstandene Elektronenlücke durch Elektronen gefüllt, die aus der Spaltung von Wasser stammen. Wassermoleküle werden bei dieser sogenannten Fotolyse durch Licht und Enzyme in Sauerstoff, Protonen und Elektronen zerlegt. Der gebildete Sauerstoff stammt also vom Wasser und nicht vom CO₂. Die angeregten Elektronen fließen über eine Elektronentrabsportkette vom Akzeptormolekül des Fotosystems II zum Fotosystem I. Während dieses Transfers passieren sie verschiedene Redoxsysteme (Plastochinon, Cytochrom, Plastocyanin). Der Elektronentransfer läuft bergab, das heißt von Redoxsystemen mit hohem Energieniveau auf solche mit niedrigerem Energieniveau. Dabei werden H-Ionen gegen das Konzentrationsgefälle in den Thylakoidinnenraum gepumpt. Der entstehende Protonengradient wird zur ATP-Bildung genutzt. Protonen fließen durch das Enzym ATP-Synthase zurück ins Stroma und bilden dabei ATP (Fotophosphorylierung). Die Elektronen gelangen im weiteren Verlauf zum Fotosystem I (P700). Hier füllen sie die Elektronenlücke auf, die dort durch...
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eine weitere lichtinduzierte Anregung eines Elektrons entstanden ist. Das Elektron wird von einem Redoxsystem (Ferredoxin) übernommen und auf NADP+ übertragen. Es entsteht NADPH+H. Im gesamten Verlauf wird also Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Lichtunabhängige Reaktionen Die lichtunabhängigen Reaktionen findet in einer Art Kreisprozess statt, dem sogenannten CALVIN-Zyklus. Er lässt sich in drei Abschnitte unterteilen: 1) Fixierung von CO₂: Primärakzeptor für CO₂ ist ein Cs-Körper. Der erste Schritt wird durch ein Enzym mit der Kurzbezeichnung Rubisco katalysiert. Das dabei entstehende Produkt, ein C6-Körper, ist instabil und zerfällt in zwei C₁-Körper 2) Reduktion des C3-Körpers: Die Produkte der Primärreaktionen, ATP und NADPH+H*, werden zur Reduktion des C₁-Körpers eingesetzt. Zwei entstehende C3-Körper werden in mehreren Reaktionsschritten zum Co-Körper Glucose umgesetzt. 3) Regenerierung des Primärakzeptors: 10 C₁-Körper werden in mehreren enzymkatalysierten Schritten zu 6 C5-Körpern umgebaut. 2. Bilanzgleichungen Lichtabhängige Reaktion: 12 H₂O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 P→ 6 O₂ + 12 NADPH + H+ + 18 ATP Lichtunabhängige Reaktion: 6 CO₂ + 12 NADPH + H+ + 18 ATP C6H12O6 + 12 NADP + 18 ADP + 18 P + 6 H₂O 3. Biologischer Sinn der lichtabhängigen/lichtunabhängigen Reaktionen Bei der lichtabhängigen Reaktion wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Die Lichtreaktion stellt dann ATP als Energiequelle und NADPH+H als Reduktionsmittel für den Calvin-Zyklus bereit. Zudem entsteht bei der Fotolyse eine geringe Menge O₂. Bei der lichtunabhängigen Reaktion wird dann (mithilfe der Produkte der lichtabhängigen) aus Kohlenstoffdioxid Glucose hergestellt. Ohne die lichtabhängige Reaktion kann die lichtunabhängige Reaktion nicht ablaufen. Das Produkt der gesamten Fotosynthese wird wiederum für die Zellatmung gebraucht und das Produkt der Zellatmung für die Fotosynthese. Insgesamt wird mehr Sauerstoff gebildet als die Pflanze benötigt. Somit wird der Sauerstoff in der Luft ersetzt, den die Menschen und Tiere einatmen.
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