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Fotosynthese

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DIE ZWEIGETEILTE FOTOSYNTHESE
Experimente der Gruppe um Daniel Arnon fanden heraus, dass die Fotosynthese in zwei großen Teils
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Tami

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Fotosynthese DIE ZWEIGETEILTE FOTOSYNTHESE Experimente der Gruppe um Daniel Arnon fanden heraus, dass die Fotosynthese in zwei großen Teilschritten abläuft und welche Substanzen in Chloroplasten mithilfe der Energie des Sonnenlichtes gebildet werden und damit die Synthesereaktion ermöglichen • Außerdem wollten sie klären, inwieweit der komplizierte Aufbau der Chloroplasten für die ablaufende Reaktion von Bedeutung ist ● • Fotoreaktion (lichtabhängig und bezieht auch Fotolyse des Wassers mit ein) und Synthesereaktion Isolierten Thylakoide und Stroma aus Chloroplasten in Versuchsansätze, variierten Beleuchtung und Kohlenstoffdioxid-Zugabe • Danach trennten sie nach der Licht-/Dunkelphase die Thylakoide durch Zentrifugation vom Stroma ab und gaben anschließend Kohlenstoffdioxid zum Stroma hinzu (NaHCO₂ mit Isotop "C) für radioaktive Strahlung zur Messung, wird in Glucose eingebaut Zentrifugation: Bestandteile teilen sich nach Gewicht auf • Es stellte sich heraus, dass in der ersten Reaktion Licht benötigt wird (lichtabhängige Reaktion) und in der zweiten nicht (lichtunabhängige Reaktion) In der zweiten Reaktion wird jedoch NADPH + H+ ATP gebraucht chem. Energie: NADPH + H² + ATP, I Energie z Fotoreaktion: Thylakoide, Lichtenergie zu chem. Energie, nebenbei fällt Sauerstoff an Protonenträger Synthesereaktion: Stroma, durch chem. Energie nun CO₂ im Stroma in Glucose umgewandelt Belichtung und Einbau von Kohlenstoffdioxid können zeitlich und räumlich getrennt werden. Ohne Licht keine Fotosynthese ● ● ● ● Energieträger ATP und Wasserstofftransportsystem NADPH + H+ werden benötigt um Kohlenhydrate zu bilden, werden in Lichtreaktion gebildet H₂O lichtabhängige Reaktion (Thylacoid) Licht NADPH + H* ATP Verbraucht ADP...

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+P Verbraucht NADP+ Licht unabhängige Reaktion (Stroma) Glucose FOTOSYSTEME •Erster Schritt der Fotosynthese (Teil der Lichtabhängigen Reaktion) Fotosysteme sind funktionelle Einheiten, eingebettet in die Thylakoidmembran von Chloroplasten Sie bestehen aus den verschiedenen Fotosynthesefarbstoffen, einem Reaktionszentrum und einem Antennenkomplex Antennenkomplex enthält mehrere hundert Pigment moleküle Chlorophyll a und b und Carotinoide mit verschiedenen Absorptionsmaxima Fotosystem kann somit verschiedenes Licht absorbieren Das Licht mit seiner Lichtenergie trifft auf eines dieser Moleküle und wird von diesem absorbiert Das Molekül kann dessen Energie dann immer weiter auf ein benachbartes Farbstoffmolekül übertragen Das ist jedoch nur möglich, wenn das nächste Molekül in einem energieärmeren, längerwelligen Bereich absorbiert, da beim Transfer Energie verloren geht > energetisches Gefällt zwischen den Farbstoffmolekülen Fotosynthese FOTOSYSTEME absorbierte Energie wird schließlich auf ein bestimmtes Chlorophyll-a-Molekül im Reaktionszentrum übertragen Dort befindet sich auch der primäre Elektronenakzeptor • Das angeregte Chlorophyll-a-Molekül gibt ein Elektron an diesen Akzeptor abb und wird dadurch oxidiert Zwei Fotosysteme arbeiten zusammen P680 und P700, die in Kombination mehr leisten als einzeln Fotosystem 1 enthält Chlorophyll-a-Protein-Komplex mit Absorptionsmaximum bei 700 (P700) Fotosystem 2 ähnlichen Komplex mit Maximum bei 680 (P680) Farbstoffmoleküle des Antennen- komplexes ● LICHTABHANGIGE REAKTION Im Verlauf der lichtabhängigen Reaktion werden Elektronen des Wassers über die Fotosysteme 2 und 1 zum Molekül NADP+ transportiert • Bevorzugter Weg: nichtzyklischer Elektronentransport Durch Lichtabsorption in Fotosystem 2 wird ein Elektron des Chlorophylls P680 im Reaktionszentrum angeregt und so auf ein höheres Energieniveau gehoben Das angeregte Chlorophyll-Molekül P680* gibt angeregtes Elektron an primären Elektronenakzeptor ab und wird zu P680+ Die entstandene Elektronenlücke wird durch ein Elektron geschlossen, welches aus dem Wasser stammt Enzymkomplex mit Fotosystem 2 gekoppelt spaltet das Wasser in Elektronen Protonen und Sauerstoff Fotolyse des Wassers (durch Lichtenergie bedingte Spaltung von Wasser): H₂O → 2H+ + 2€¯² + ¾0₂ • eines der freigesetzten Elektronen füllt Lücke in P680+ auf, wird darauf übertragen, wodurch wieder P680 entsteht Primärer Elektronenakzeptor des Fotosystems 2 wurde durch die Aufnahme des Elektrons reduziert, dann gibt er das Elektron sofort an ein anderes Molekül ab und ist zur neuen Elektronenaufnahme bereit, oxidiert also direkt danach: Daher ist es ein Redoxsystem (ständiger Wechsel zwischen reduziertem und oxidiertem Zustand) ● MA Energie transter Elektronentransfer • Elektron durchläuft auf Weg zu P700, Fotosystem 1 eine Elektronentransportkette bestehend aus einer Kette von Redoxsystemen Redoxsystem A,B und C ● primärer Elektronenakzeptor & Reaktionszentrum Chlorophylla Im Verlauf dieser Kette nimmt der Elektronensog von System zu System zu, gleichzeitig nimmt die Energie des Elektrons ab • Wird also von Fotosystem 2 zu fotosystem 1 in einem Energiegefälle gleichsam bergab transportiert ● Am Ende der Transportkette füllt es die Elektronenlücke bei dem Chlorophyll-Molekül P700+ des Fotosystem 1 auf Wie im Fotosystem 2 wird auch hier im Fotosystem 1 durch Licht eine Elektronenabgabe an den primären Elektronenakzeptor bewirkt ● ● Dieser gibt das Elektron an das Redoxsystem Dab Nacheinander durchlaufen also die zwei freigesetzten Elektronen der Fotolyse des Wassers die Elektronentransportkette Zusammen mit zwei Protonen (H+) werden sie (die zwei Elektronen) auf NADP+ übertragen •Durch das Enzym NADP+-Reduktase entsteht NADPH+ H+ Zusammenfassend fließen durch die treibende Kraft Licht für den Elektronenfluss, welches von den beiden Fotosystemen absorbiert wird, ständig Elektronen von Wassermolekülen zu NADP+ Fotosynthese LICHTABHANGIGE REAKTION Durch die Wirkung der NADP+ Reduktase verringert sich die Protonenkonzentration im Stroma und es erhöht sich die Konzentration im Thylakoidinnenraum als Folge der Fotolyse • Noch ein Vorgang verstärkt den Konzentrationsunterschied an H+-Ionen: mithilfe der beim Elektronentransport zwischen zwei Redoxsystemen frei werdenden Energie werden Protonen entgegen des Konzentrationsgefälles in den Thylakoidinnenraum gepumpt ● • Der entstandene Protonengradient dient zur ATP-Bildung • Protonen fließen in Richtung des Konzentrationsgefälles durch einen Kanal des Enzyms ATP-Synthase nach außen Dabei freiwerdende Energie nutzt die ATP-Synthase um eine Phosphatgrippe an ADP zu binden und so zu ATP synthetisieren. ATP-Synthese heißt auch Fotophosphorylierung (ATP-Synthese in drei Schritten: ADP + P kommt, offene Bindung,feste Bindung, ATP freisetzen) ● So entstehen gleich viele ATP und NADPH+H+ Moleküle Man braucht aber mehr ATP, dafür gibt es den zyklischen Elektronentransport ● • Vom angeregten P700* Molekül die Elektronen fließen von Redoxsystem D zurück zu B, über ( und dann wieder zu Fotosystem 1 Auch bei diesem Transport werden wieder Protonen in den Thylakoidinnenraum gepumpt, sodass ATP gebildet werden kann, hier ist nur Fotosystem 1 beteiligt, deswegen nennt man das zyklische Fotophosphorylierung 2H₂O + 2 NADP+ + 3(ADP +P) Lichtenerging O₂ + 2 (NADPH + H*) + 3 ATP Lichtquanten von Wassermolekülen 4 Elektronen mit Hilfe von 8 auf NADPHs übertragen PG80 ● Lichtenergie MWI л Thylakoid- H₂0 Fotolyse Wasser Elektronen- akzeptor innenraum H₂O Fotosystem II Thylakoidmembran Lichtenergie I Робо Elektronentransportkette 0₂ +2H* Le- Lichtenergie {0₁₂ + 2H+. Ht PG Plastochinor MW Cy P100 H* primärer Elektronen- akzeptor Fotosystem I Cytochromkomplex P700 Elektronen- transport- kette Lichtenergie I P700 Pc Plastocyanin NADP+ -Reduktase nicht Zyklisch NADPH+H* NADP+ +2H zyklisch Ferredoxin Fo 72UADPH+H* NADP+2H+ NADP+ Reduktase ATP-Synthetase 2H+ ADP+P ATP Fotosynthese LICHTUNABHANGIGE REAKTION / DUNKELREAKTION Stoffwechselweg wird als Calvin-Zyklus bezeichnet, da Melvin Calvin ihn untersuchte mit Hilfe von Isotopenmarkierung (radioaktiv-markiertes Kohlenstoffdioxid bei Algen und unterbrach Fotosynthese nach unterschiedlicher Dauer, identifizierte mit Chromatografie Stoffe mit (-Atomen) Ausgangspunkt: Lichtabhängige Reaktion bildete mit Hilfe der absorbierten Lichtenergie die Coenzym ATP und NADPH+H+ Im Stroma der Chloroplasten wird aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose aufgebaut 3 Phasen 1. Phase: CO Fixierung • Kohlenstoffdioxid wird an einem (5-Körper (Ribulose-1,5-bisphosphat) (Zuckermolekül mit 5 Kohlenstoffatomen) gebunden, dieser Körper wird als Kohlenstoffdioxid-Akzeptor bezeichnet Ein C6-Körper ist somit entstanden, welcher jedoch instabil ist und sofort in zwei (3-Körper zerfällt (3-Phosphoglycerat), die jeweils eine Phosphatgruppe aus dem Ribulose-1,5-bisphosphat erhalten Rubisco bezeichnet das Enzym welches die Fixierung katalysiert 2. Phase: Reduktion und Glucosebildung ● ● Das bei der Fotophosphorylisierung gebildete ATP überträgt auf beide Moleküle 3-Phosphoglycerat einen Phosphatrest • Dadurch entstehen zweifach phosphorylisierte (3-Körper (1,3-Bisphosphoglycerat) NADPH+H+ überträgt nun den Wasserstoff und es entsteht unter Abgabe von einem Phosphatrest wieder ein einfach phosphoryliertes Molekül (Glycerinaldehyd-3-phosphat), Glycerinaldehyd ist ein Kohlenhydrat mit drei Kohlenstoffatomen • Zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat werden unter Abspaltung der Phosphatreste letztendlich zur Bildung eines Moleküls Glucose verwendet ● • 3. Phase: Regeneration des Kohlenstoffdioxid-Akzeptors Einige (3-Körper werden genutzt um den Kohlenstoffdioxid-Akzeptor Ribulose-1,5-Bisphosphat zu regenerieren, dabei wird ATP verbraucht • Rechnerisch dienen 10 (3-Körper zur Bildung von 6 Molekülen Ribulose-1,5-Bisphosphat ● ● Daher werden sechs Moleküle Kohlenstoffdioxid zur Bildung eines Moleküls Glucose benötigt Von 12 (3-Molekülen im Calvin-Zyklus werden nur 2 für die Bildung von Glucose verwendet Glucosemoleküle können in Form von nichtwasserlöslicher Stärke als Reservekohlenhydrat eingelagert oder für den Transport zu Saccharose umgebildet werden Gleichung: 6CO₂ +12(NADPH +H*) + 18 ATP +12H₂0 ● Bilanz Damit aus dem (1-Körper Kohlenstoffdioxid letztendlich ein Molekül Glucose mit sechs Kohlenstoffatomen entstehen kann, muss der Zyklus sechs Mal durchlaufen werden ● CH₁₂0 +12NADP¹ +18 ADP + 18P + 6H₂₂6 Fotosynthese LICHTUNABHANGIGE REAKTION / DUNKELREAKTION Regeneration des CO₂-Akzeptors GADP 6ATP Einsatz 6002 6 Ⓡooxxo® Akzeptor CS=koxper 10 000 C3-Körper CO₂ Fixierung Rubisco 20000 G3P Ertrag 120000 C3- Körper Reduktion und Glucosebildung 12 PODOⓇ 1,3 Bisphosphoglycerat 120000 12 ATP 12 ADP 12 NADPH +H* 12 NADP+ Glycerinaldehyd-3-phosphat 1 Glucose und andere organische Verbindungen Fotosynthese BEDEUTUNG DER FOTOSYNTHESE Chlorophyll als wichtigster Farbstoff der Fotosynthese, kann Licht absorbieren und damit erlaubt es fotosyntheseaktiven Lebewesen die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie, diese wird in Form von Glucose gebunden, dabei wird Kohlenstoffdioxid und Wasser verbraucht und zusätzlich zur Glucose Sauerstoff gebildet • Organismen die Fotosynthese betreiben sind grüne Pflanzen, Algen und Cyanobakterien, sie stellen energiereiche organische Stoffe, die sie für den Bau-/Betriebsstoffwechsel benötigen, aus energiearmen anorganischen Stoffen her (AUTOTROPH) • Alle anderen Lebewesen sind auf die autotrophen Lebewesen und deren erzeugte Biomasse angewiesen, nehmen energiereiche organische Verbindungen mit der Nahrung auf, die von Autotrophen oder anderen heterotrophen Organismen stammen. (HETEROTROPH) •Durch den Abbau dieser energiereichen Verbindungen im Verlauf der Zellatmung wird Energie frei für Stoffwechselvorgänge zur Verfügung Fotosynthese liefert den Sauerstoff, der von allen Lebewesen verbraucht wird bei der Atmung und bildet fast gesamte Biomasse der Erde 6H₂0 + 6C0₂=602+66#₁₂206 ● H₂O alle grünen Pflanzenteile besitzen Chlorophyll und können Fotosynthese betreiben Das Blatt ist das Organ der Fotosynthese autotroph Wärme G heterotroph AUFBAU DES BLATTES Chlorophyll wichtigster Fotosynthesefarbstoff, kann Licht absorbieren und erlaubt fotosyntheseaktiven Lebewesen die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie, diese wird in Form von Glucose umgebunden, Kohlenstoffdioxid und Wasser wird verbraucht und zusätzlich zu Glucose wird Sauerstoff gebildet Lichtenergie 46H 1206 Epidermis An Ober- und Unterseite des Blattes eine lückenlose Schicht von aneinander angrenzenden Zellen • Cuticula: wachsartige Schicht, die der Epidermis übergezogen ist, behindert Wasserdurchtritt, wirksamer Verdunstungsschutz Zwischen oberer und unterer Epidermis, fotosynthetisch aktives Gewebe aus zwei Zellschichten Palisadengewebe: zylinderartige Zellen dicht nebeneinander, enthalten zahlreiche Chloroplasten mit Chlorophyll, empfängt das meiste Licht, hier vor allem Fotosynthese Schwammgewebe: mit Leitbündel (verteilen, leiten Stoffe): liegt unter Palisadengewebe, dient vorwiegend Gasaustausch, enthält viele weiträumige mit Luft gefüllte Interzellulare, stehen über Stomata an Blattunterseite mit Außenluft in Verbindung • Stomata: Spaltöffnungen an Blatt Unterseite, bestehen aus zwei Schließzellen und regulieren Aufnahme von Kohlenstoffdioxid und Abgabe von Wasserdampf und Sauerstoff Chloroplasten: von zwei Membranen umgeben Stroma: Grundsubstanz der Chloroplasten, hier liegen zahlreiche flache Thylakoide Thylakoide: Membransäckchen, entstehen durch Einstülpungen und anschließender Abschnürung der inneren Membran • Grana: Strukturen, in denen Thylakoide geldrollenartig übereinander gestapelt sind, entsprechende Thylakoide heißen hier Granathylakoide Zwischen Grana liegen einzelne Stromathylakoide Im Stroma von Chloroplasten findet man auch Ribosomen und DNA ● ● Fotosynthese Spaltöffnungsapparat FAKTOREN DER FOTOSYNTHESE CO₂ Pflanze braucht Licht, Chlorophyll, Nährstoff, CQ zur Fotosynthese und somit Gasbildung Ohne Licht oder Ohne CO₂keine Fotosynthese Bei Fotosynthese entsteht Glucose, welche durch eine Iod-Kaliumiodid-Lösung gezeigt werden kann • Diese Lösung ist ein Indikator für Stärke Also ist die Fotosynthese abhängig von Temperatur, Lichtintensität, £0, Nährstoffgehalt und dem Besitz von Chlorophyll Fotosyntheserate wird meistens an Kohlenstoffdioxid-Aufnahme gemessen ● Cuticula ● obere Epidermis Palisadengewebe/Palisaden parenchym Schwammgewebe/Schwammparenchym Leitbündel untere Epidermis Lichtkompensationspunkt: bestimmte Lichtintensität bei der die Abgabe von Kohlenstoffdioxid infolge von Zellatmung genauso groß ist wie die Aufnahme durch Fotosynthese Kohlenstoffdioxidaufnahme pro Zeiteinheit kann in Glucoseproduktion pro Zeiteinheit umgerechnet werden: Nettofotosyntheserate Bruttofotosyntheserate ist höher, sie beschreibt die Rate ohne Glucoseverlust durch Zellatmung. • Lichtsättigung: Maximalwert nach Lichtkompensationspunkt der Nettofotosyntheserate SPALTOFFNUNGSAPPARAT DER STOMATA Pflanzen können die Öffnungsweite ihrer Stomata regulieren in Abhängigkeit von Lichtintensität und Trockenheit Bei der Transpiration wird CO2 aufgenommen und 02 abgegeben Cuticulare Transpiration: Das Blatt verliert Wasserdampf über die gesamte Blattoberfläche, das Ausmaß ist bestimmt von der Dicke der Cuticula Größter Teil der Transpiration jedoch über die stomatäre Transpiration, diese ist wie gesagt regulierbar Spaltöffnungsapparat Aufbau: Bohnenförmige Schließzellen, die Spaltöffnung ist in der Mitte dieser, dahinter liegt die Atemhöhle, Außen-/Innenwände der Schließzellen sind starr, die an die Nebenzellen grenzenden Wände sind elastisch • Wassergehalt des Blattgewebes meist sehr hoch im Gegensatz zur umgebenden Luft, daher verdunstet das Wasser und will als Wasserdampf in die umgebende Luft, das ist die Transpiration Wenn die Blattzellen Wasser verloren haben, strömt es aus umliegenden Zellen und dem Leitbündel nach Dadurch entsteht ein Unterdruck in den Wasserleitungsbahnen der Pflanze bis zu den Wurzeln Aus diesem Grund entsteht ein Transpirationssog, der das Wasser zusammen mit gelösten Mineralstoffen in die Blätter transportiert Der größte Teil des aufgenommenen Wassers geht durch die Transpiration wieder verloren, nur der für den Stoffwechsel und Wachstum benötigte Teil bleibt Lichtenergie 30 0₂ + Störke (C6H100s) / Zucker SPALTOFFNUNGSAPPARAT DER STOMATA Stomatäre Transpiration: Ablauf und Regulierung der Spaltöffnung Jeder Apparat hat zwei Schließzellen mit Chloroplasten, die Nebenzellen haben keine Chloroplasten Niedrige Kohlenstoffdioxid-Konzentration in Atemhöhle, heißt Ph-Wert innerhalb der Zellen erhöht sich Ionenpumpen transportieren positiv geladene Kalium-Ionen von den Nebenzellen in die Schließzellen Das Wasser strömt osmotisch nach, sodass sich das Volumen der Vakuolen und der Innendruck (Turgor) der Schließzellen erhöht ● ● ● ● • Die unverdickten Rückwände der Schließzellen dehnen sich und die Bauchwand, welche zur Spaltöffnung hin zeigt nach hinten gezogen • Somit vergrößert sich die Spaltöffnung Wasserverlust führt dann zur Volumen Abnahme der Schließzellen und folglich zum schließen der Spaltöffnung • Die Kalium-Ionenpumpen werden durch Licht und niedrige Kohlenstoffdioxid-Konzentration aktiviert, sodass sich die Stomata öffnen, damit Kohlenstoffdioxid aufgenommen werden kann Öffnungsweite der Spalte ist somit ein Kompromiss aus Intensität der Transpiration und Fotosyntheserate ● Der Innendruck (Turgor) in Schließzellen in Differenz zu dem Turgor in den Nebenzellen reguliert die Spaltöffnung • Turgeszente Schließzelle, wenn hoher Turgor Evaporation: Verdunstung von Wasser Zentral spalt Epidermis ● Bauchwand Substomatare Höhle ● ・otosynthese Intermembranraum 2 innere Membran Nebenzelle äußere Membran Stroma Thylakoidlumen (Innenroun) (3) Thyl alcoidmembran -Rückwand Subotomatare Höhle =Atemhöhle Nebenzelle Öffnung: K² H₂O Schließzelle Mesophyllzelle mit Chloroplasten Osmose bedeutet ein Konzentrationsausgleich Blatt gibt mehr Wasserdampf über Transpiration ab, da hier der Wasserdampf auch seitlich in Form einer Halbkugel abgegeben werden kann, bei der Cuticulären Transpiration behindern sich die Wassermoleküle gegenseitig, sodass nur senkrecht nach oben diffundiert werden kann CHLOROPLASTEN Schließzelle Schließen: K+ H₂O Schließeelle Nebenzelle Stärkekörper Granum Stromathy lakoide 10 Ribosom 1DNA (12) Plastoglobulus (Lipide) ENDOSYMBIONTENTHEORIE ● Endo-: Innen Symbiose: Lebensgemeinschaft zwei verschiedener Arten zum Vorteil für beide Endosymbiose: Ein Partner lebt in dem Körper eines anderen Betrifft Mitochondrien bei Tierzellen, aber auch bei Pflanzen zusätzlich noch die Plastiden: Chloroplasten, Leukoplasten, Chromoplasten • Geht davon aus, dass eben diese Zellorganelle vor ewiger Zeit mal eigene Organismen, in Form von Bakterien, waren und eine größere Urzelle sie, diese kleineren Zellen, in sich aufgenommen/verschluckt hat zum gegenseitigen Vorteil ● ● • Nur dadurch wurden komplexere Organismen möglich Beispiel Mitochondrien: Alpha-Proteobakterium als Vorgänger der Mitochondrien, dieses Bakterium kann was, was die große Urzelle braucht, z.B. Wasserstoffausstoß, den die Urzelle als Energiequelle nutzen kann, also nimmt sie das Bakterium auf, Jahre später wurde aus einem eigenen Organismus also ein Zellorganell in dem genetischen Code der Urzelle, stellt nun die Energie zu Verfügung ● ● Fotosynthese ● ABSORPTIONSSPEKTRUM UND WIRKUNGSSPEKTRUM Licht hat unterschiedliche Wellenlängen und Farben (Spektralfarben) Das Spektrum des Lichts reicht von 400nm bis 780nm, sichtbares Licht beträgt 380-750nm, blaues Licht ist energiereicher als rotes Licht ● Chlorplasten waren vorher Cyanobakterien Beweise: Chloroplasten und Mitochondrien sind die einzigen Zellorganelle, die zwei Membrane haben, eine hatten ihre Vorgänger schon und beim Verschlucken durch Endozytose entstand die zweite Membran, äußere Membran war mal Membran der Ursprungszelle; Teile von Alpha-Proteobakterien-DNA sind im Zellkern von Eukaryoten zu finden; Chloroplasten und Mitochondrien haben eigene Ring-DNA und können sich selbstständig vermehren, sowie eigenständig Stoffwechsel betreiben • Licht besteht aus einzelnen Quanten, deren Energie von der Wellenlänge abhängig ist ● Durch Absorption eines Lichtquants gelangt ein Elektron auf ein höheres Energieniveau (angeregter Zustand) Bei Rückkehr in Grundzustand strahlt das Elektron Energie ab ● Violettes Licht mit ca. 400nm kurzwelliger als rotes Licht im Bereich von 650-750nm Lichtabsorption: Chlorophyll-Lösung absorbiert Farben bzw. Energie des Lichts, vor allem blau und orangerot, grün wird kaum bis gar nicht absorbiert, sondern reflektiert (Gegenteil von Absorption), dadurch erscheinen Blätter grün ● • Laubblätter und Grünalgen haben ein Gemisch verschiedener Farbstoffe: grünen Chlorophylle a und b und den orange-gelben Carotinoide ● • Absorption in Abhängigkeit der Wellenlänge, Absorptionsspektrum der verschiedenen Farbstoffe Wirkungsspektrum: Fotosyntheserate einer Pflanze bei Licht mit verschiedenen Wellenlängen (ENGELMANN 1882), belichtete Fadenalge mit verschieden farbigem Licht und erhielt unterschiedliche Raten, da wo meiste Rate lagerten sich die meisten aeroben Bakterien, die den Sauerstoff benötigten (violett-blau und rot am besten) Fotosyntheserate ist ca. Maximal bei 450 und 680nm, dort Chlorophyll a und b ihre Absorptionsmaxima Chlorophyll a und b absorbieren das meiste Licht für Fotosynthese, da das Wirkungsspektrum sein Maxima im Bereich des Chlorophyll-Absorptionsmaxima hat, Pflanzen sind anders farbig durch andere Farbstoffe ATOM UND LICHT Was geschieht wenn ein Atom Licht absorbiert? ● • Bsp. Einfaches Wasserstoffatom, Elektron blau auf der innersten Elektronenschale (K-Schale) Kreist mit hoher Geschwindigkeit um den roten Atomkern, da Anziehungskraft zwischen Atomkern und Elektron ● Fotosynthese • Photon zeichnet sich durch einen bestimmten Energiebetrag aus und ist das kleinste Teilchen des Lichts, ● Energiebetrag ist abhängig von Wellenlänge des Photons -> rotes Photon weniger Energie als blaues Vom Photon übertragene Energie auf Elektron aufgenommen ● relativ hoch ist, um das Elektron zu entfernen müsste man sehr viel Energie aufwenden -> Redoxpotential positiv Lichtstrahl kommt, kleinste Einheit des Lichts heißt Photon oder Quant Energieerhaltungssatz, keine Energie geht verloren Elektron hat also Energie aufgenommen und deswegen erhöht sich seine Energie, kreist schneller um Atomkern Vorher: Gleichgewicht zwischen Anziehungskraft Atomkern und von der Eigenbewegung verursachten Zentrifugalkraft des Elektrons, daher bewegte sich das Elektron auf einer konstanten Kreisbahn um den Kern ● . Durch die höhere Geschwindigkeit entfernt sich das Elektron jetzt jedoch vom Kern, da es auf einem höheren Energieniveau ist Anziehungskraft ist also geringer als zuvor zwischen Elektron und Kern, Elektron kann leichter aus Atom entfernt werden ● • Redoxpotential ist negativer geworden, denn ein angeregtes Wasserstoffatom gibt Elektron leichter ab als ein Wasserstoffatom im Grundzustand ●

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

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+P Verbraucht NADP+ Licht unabhängige Reaktion (Stroma) Glucose FOTOSYSTEME •Erster Schritt der Fotosynthese (Teil der Lichtabhängigen Reaktion) Fotosysteme sind funktionelle Einheiten, eingebettet in die Thylakoidmembran von Chloroplasten Sie bestehen aus den verschiedenen Fotosynthesefarbstoffen, einem Reaktionszentrum und einem Antennenkomplex Antennenkomplex enthält mehrere hundert Pigment moleküle Chlorophyll a und b und Carotinoide mit verschiedenen Absorptionsmaxima Fotosystem kann somit verschiedenes Licht absorbieren Das Licht mit seiner Lichtenergie trifft auf eines dieser Moleküle und wird von diesem absorbiert Das Molekül kann dessen Energie dann immer weiter auf ein benachbartes Farbstoffmolekül übertragen Das ist jedoch nur möglich, wenn das nächste Molekül in einem energieärmeren, längerwelligen Bereich absorbiert, da beim Transfer Energie verloren geht > energetisches Gefällt zwischen den Farbstoffmolekülen Fotosynthese FOTOSYSTEME absorbierte Energie wird schließlich auf ein bestimmtes Chlorophyll-a-Molekül im Reaktionszentrum übertragen Dort befindet sich auch der primäre Elektronenakzeptor • Das angeregte Chlorophyll-a-Molekül gibt ein Elektron an diesen Akzeptor abb und wird dadurch oxidiert Zwei Fotosysteme arbeiten zusammen P680 und P700, die in Kombination mehr leisten als einzeln Fotosystem 1 enthält Chlorophyll-a-Protein-Komplex mit Absorptionsmaximum bei 700 (P700) Fotosystem 2 ähnlichen Komplex mit Maximum bei 680 (P680) Farbstoffmoleküle des Antennen- komplexes ● LICHTABHANGIGE REAKTION Im Verlauf der lichtabhängigen Reaktion werden Elektronen des Wassers über die Fotosysteme 2 und 1 zum Molekül NADP+ transportiert • Bevorzugter Weg: nichtzyklischer Elektronentransport Durch Lichtabsorption in Fotosystem 2 wird ein Elektron des Chlorophylls P680 im Reaktionszentrum angeregt und so auf ein höheres Energieniveau gehoben Das angeregte Chlorophyll-Molekül P680* gibt angeregtes Elektron an primären Elektronenakzeptor ab und wird zu P680+ Die entstandene Elektronenlücke wird durch ein Elektron geschlossen, welches aus dem Wasser stammt Enzymkomplex mit Fotosystem 2 gekoppelt spaltet das Wasser in Elektronen Protonen und Sauerstoff Fotolyse des Wassers (durch Lichtenergie bedingte Spaltung von Wasser): H₂O → 2H+ + 2€¯² + ¾0₂ • eines der freigesetzten Elektronen füllt Lücke in P680+ auf, wird darauf übertragen, wodurch wieder P680 entsteht Primärer Elektronenakzeptor des Fotosystems 2 wurde durch die Aufnahme des Elektrons reduziert, dann gibt er das Elektron sofort an ein anderes Molekül ab und ist zur neuen Elektronenaufnahme bereit, oxidiert also direkt danach: Daher ist es ein Redoxsystem (ständiger Wechsel zwischen reduziertem und oxidiertem Zustand) ● MA Energie transter Elektronentransfer • Elektron durchläuft auf Weg zu P700, Fotosystem 1 eine Elektronentransportkette bestehend aus einer Kette von Redoxsystemen Redoxsystem A,B und C ● primärer Elektronenakzeptor & Reaktionszentrum Chlorophylla Im Verlauf dieser Kette nimmt der Elektronensog von System zu System zu, gleichzeitig nimmt die Energie des Elektrons ab • Wird also von Fotosystem 2 zu fotosystem 1 in einem Energiegefälle gleichsam bergab transportiert ● Am Ende der Transportkette füllt es die Elektronenlücke bei dem Chlorophyll-Molekül P700+ des Fotosystem 1 auf Wie im Fotosystem 2 wird auch hier im Fotosystem 1 durch Licht eine Elektronenabgabe an den primären Elektronenakzeptor bewirkt ● ● Dieser gibt das Elektron an das Redoxsystem Dab Nacheinander durchlaufen also die zwei freigesetzten Elektronen der Fotolyse des Wassers die Elektronentransportkette Zusammen mit zwei Protonen (H+) werden sie (die zwei Elektronen) auf NADP+ übertragen •Durch das Enzym NADP+-Reduktase entsteht NADPH+ H+ Zusammenfassend fließen durch die treibende Kraft Licht für den Elektronenfluss, welches von den beiden Fotosystemen absorbiert wird, ständig Elektronen von Wassermolekülen zu NADP+ Fotosynthese LICHTABHANGIGE REAKTION Durch die Wirkung der NADP+ Reduktase verringert sich die Protonenkonzentration im Stroma und es erhöht sich die Konzentration im Thylakoidinnenraum als Folge der Fotolyse • Noch ein Vorgang verstärkt den Konzentrationsunterschied an H+-Ionen: mithilfe der beim Elektronentransport zwischen zwei Redoxsystemen frei werdenden Energie werden Protonen entgegen des Konzentrationsgefälles in den Thylakoidinnenraum gepumpt ● • Der entstandene Protonengradient dient zur ATP-Bildung • Protonen fließen in Richtung des Konzentrationsgefälles durch einen Kanal des Enzyms ATP-Synthase nach außen Dabei freiwerdende Energie nutzt die ATP-Synthase um eine Phosphatgrippe an ADP zu binden und so zu ATP synthetisieren. ATP-Synthese heißt auch Fotophosphorylierung (ATP-Synthese in drei Schritten: ADP + P kommt, offene Bindung,feste Bindung, ATP freisetzen) ● So entstehen gleich viele ATP und NADPH+H+ Moleküle Man braucht aber mehr ATP, dafür gibt es den zyklischen Elektronentransport ● • Vom angeregten P700* Molekül die Elektronen fließen von Redoxsystem D zurück zu B, über ( und dann wieder zu Fotosystem 1 Auch bei diesem Transport werden wieder Protonen in den Thylakoidinnenraum gepumpt, sodass ATP gebildet werden kann, hier ist nur Fotosystem 1 beteiligt, deswegen nennt man das zyklische Fotophosphorylierung 2H₂O + 2 NADP+ + 3(ADP +P) Lichtenerging O₂ + 2 (NADPH + H*) + 3 ATP Lichtquanten von Wassermolekülen 4 Elektronen mit Hilfe von 8 auf NADPHs übertragen PG80 ● Lichtenergie MWI л Thylakoid- H₂0 Fotolyse Wasser Elektronen- akzeptor innenraum H₂O Fotosystem II Thylakoidmembran Lichtenergie I Робо Elektronentransportkette 0₂ +2H* Le- Lichtenergie {0₁₂ + 2H+. Ht PG Plastochinor MW Cy P100 H* primärer Elektronen- akzeptor Fotosystem I Cytochromkomplex P700 Elektronen- transport- kette Lichtenergie I P700 Pc Plastocyanin NADP+ -Reduktase nicht Zyklisch NADPH+H* NADP+ +2H zyklisch Ferredoxin Fo 72UADPH+H* NADP+2H+ NADP+ Reduktase ATP-Synthetase 2H+ ADP+P ATP Fotosynthese LICHTUNABHANGIGE REAKTION / DUNKELREAKTION Stoffwechselweg wird als Calvin-Zyklus bezeichnet, da Melvin Calvin ihn untersuchte mit Hilfe von Isotopenmarkierung (radioaktiv-markiertes Kohlenstoffdioxid bei Algen und unterbrach Fotosynthese nach unterschiedlicher Dauer, identifizierte mit Chromatografie Stoffe mit (-Atomen) Ausgangspunkt: Lichtabhängige Reaktion bildete mit Hilfe der absorbierten Lichtenergie die Coenzym ATP und NADPH+H+ Im Stroma der Chloroplasten wird aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose aufgebaut 3 Phasen 1. Phase: CO Fixierung • Kohlenstoffdioxid wird an einem (5-Körper (Ribulose-1,5-bisphosphat) (Zuckermolekül mit 5 Kohlenstoffatomen) gebunden, dieser Körper wird als Kohlenstoffdioxid-Akzeptor bezeichnet Ein C6-Körper ist somit entstanden, welcher jedoch instabil ist und sofort in zwei (3-Körper zerfällt (3-Phosphoglycerat), die jeweils eine Phosphatgruppe aus dem Ribulose-1,5-bisphosphat erhalten Rubisco bezeichnet das Enzym welches die Fixierung katalysiert 2. Phase: Reduktion und Glucosebildung ● ● Das bei der Fotophosphorylisierung gebildete ATP überträgt auf beide Moleküle 3-Phosphoglycerat einen Phosphatrest • Dadurch entstehen zweifach phosphorylisierte (3-Körper (1,3-Bisphosphoglycerat) NADPH+H+ überträgt nun den Wasserstoff und es entsteht unter Abgabe von einem Phosphatrest wieder ein einfach phosphoryliertes Molekül (Glycerinaldehyd-3-phosphat), Glycerinaldehyd ist ein Kohlenhydrat mit drei Kohlenstoffatomen • Zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat werden unter Abspaltung der Phosphatreste letztendlich zur Bildung eines Moleküls Glucose verwendet ● • 3. Phase: Regeneration des Kohlenstoffdioxid-Akzeptors Einige (3-Körper werden genutzt um den Kohlenstoffdioxid-Akzeptor Ribulose-1,5-Bisphosphat zu regenerieren, dabei wird ATP verbraucht • Rechnerisch dienen 10 (3-Körper zur Bildung von 6 Molekülen Ribulose-1,5-Bisphosphat ● ● Daher werden sechs Moleküle Kohlenstoffdioxid zur Bildung eines Moleküls Glucose benötigt Von 12 (3-Molekülen im Calvin-Zyklus werden nur 2 für die Bildung von Glucose verwendet Glucosemoleküle können in Form von nichtwasserlöslicher Stärke als Reservekohlenhydrat eingelagert oder für den Transport zu Saccharose umgebildet werden Gleichung: 6CO₂ +12(NADPH +H*) + 18 ATP +12H₂0 ● Bilanz Damit aus dem (1-Körper Kohlenstoffdioxid letztendlich ein Molekül Glucose mit sechs Kohlenstoffatomen entstehen kann, muss der Zyklus sechs Mal durchlaufen werden ● CH₁₂0 +12NADP¹ +18 ADP + 18P + 6H₂₂6 Fotosynthese LICHTUNABHANGIGE REAKTION / DUNKELREAKTION Regeneration des CO₂-Akzeptors GADP 6ATP Einsatz 6002 6 Ⓡooxxo® Akzeptor CS=koxper 10 000 C3-Körper CO₂ Fixierung Rubisco 20000 G3P Ertrag 120000 C3- Körper Reduktion und Glucosebildung 12 PODOⓇ 1,3 Bisphosphoglycerat 120000 12 ATP 12 ADP 12 NADPH +H* 12 NADP+ Glycerinaldehyd-3-phosphat 1 Glucose und andere organische Verbindungen Fotosynthese BEDEUTUNG DER FOTOSYNTHESE Chlorophyll als wichtigster Farbstoff der Fotosynthese, kann Licht absorbieren und damit erlaubt es fotosyntheseaktiven Lebewesen die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie, diese wird in Form von Glucose gebunden, dabei wird Kohlenstoffdioxid und Wasser verbraucht und zusätzlich zur Glucose Sauerstoff gebildet • Organismen die Fotosynthese betreiben sind grüne Pflanzen, Algen und Cyanobakterien, sie stellen energiereiche organische Stoffe, die sie für den Bau-/Betriebsstoffwechsel benötigen, aus energiearmen anorganischen Stoffen her (AUTOTROPH) • Alle anderen Lebewesen sind auf die autotrophen Lebewesen und deren erzeugte Biomasse angewiesen, nehmen energiereiche organische Verbindungen mit der Nahrung auf, die von Autotrophen oder anderen heterotrophen Organismen stammen. (HETEROTROPH) •Durch den Abbau dieser energiereichen Verbindungen im Verlauf der Zellatmung wird Energie frei für Stoffwechselvorgänge zur Verfügung Fotosynthese liefert den Sauerstoff, der von allen Lebewesen verbraucht wird bei der Atmung und bildet fast gesamte Biomasse der Erde 6H₂0 + 6C0₂=602+66#₁₂206 ● H₂O alle grünen Pflanzenteile besitzen Chlorophyll und können Fotosynthese betreiben Das Blatt ist das Organ der Fotosynthese autotroph Wärme G heterotroph AUFBAU DES BLATTES Chlorophyll wichtigster Fotosynthesefarbstoff, kann Licht absorbieren und erlaubt fotosyntheseaktiven Lebewesen die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie, diese wird in Form von Glucose umgebunden, Kohlenstoffdioxid und Wasser wird verbraucht und zusätzlich zu Glucose wird Sauerstoff gebildet Lichtenergie 46H 1206 Epidermis An Ober- und Unterseite des Blattes eine lückenlose Schicht von aneinander angrenzenden Zellen • Cuticula: wachsartige Schicht, die der Epidermis übergezogen ist, behindert Wasserdurchtritt, wirksamer Verdunstungsschutz Zwischen oberer und unterer Epidermis, fotosynthetisch aktives Gewebe aus zwei Zellschichten Palisadengewebe: zylinderartige Zellen dicht nebeneinander, enthalten zahlreiche Chloroplasten mit Chlorophyll, empfängt das meiste Licht, hier vor allem Fotosynthese Schwammgewebe: mit Leitbündel (verteilen, leiten Stoffe): liegt unter Palisadengewebe, dient vorwiegend Gasaustausch, enthält viele weiträumige mit Luft gefüllte Interzellulare, stehen über Stomata an Blattunterseite mit Außenluft in Verbindung • Stomata: Spaltöffnungen an Blatt Unterseite, bestehen aus zwei Schließzellen und regulieren Aufnahme von Kohlenstoffdioxid und Abgabe von Wasserdampf und Sauerstoff Chloroplasten: von zwei Membranen umgeben Stroma: Grundsubstanz der Chloroplasten, hier liegen zahlreiche flache Thylakoide Thylakoide: Membransäckchen, entstehen durch Einstülpungen und anschließender Abschnürung der inneren Membran • Grana: Strukturen, in denen Thylakoide geldrollenartig übereinander gestapelt sind, entsprechende Thylakoide heißen hier Granathylakoide Zwischen Grana liegen einzelne Stromathylakoide Im Stroma von Chloroplasten findet man auch Ribosomen und DNA ● ● Fotosynthese Spaltöffnungsapparat FAKTOREN DER FOTOSYNTHESE CO₂ Pflanze braucht Licht, Chlorophyll, Nährstoff, CQ zur Fotosynthese und somit Gasbildung Ohne Licht oder Ohne CO₂keine Fotosynthese Bei Fotosynthese entsteht Glucose, welche durch eine Iod-Kaliumiodid-Lösung gezeigt werden kann • Diese Lösung ist ein Indikator für Stärke Also ist die Fotosynthese abhängig von Temperatur, Lichtintensität, £0, Nährstoffgehalt und dem Besitz von Chlorophyll Fotosyntheserate wird meistens an Kohlenstoffdioxid-Aufnahme gemessen ● Cuticula ● obere Epidermis Palisadengewebe/Palisaden parenchym Schwammgewebe/Schwammparenchym Leitbündel untere Epidermis Lichtkompensationspunkt: bestimmte Lichtintensität bei der die Abgabe von Kohlenstoffdioxid infolge von Zellatmung genauso groß ist wie die Aufnahme durch Fotosynthese Kohlenstoffdioxidaufnahme pro Zeiteinheit kann in Glucoseproduktion pro Zeiteinheit umgerechnet werden: Nettofotosyntheserate Bruttofotosyntheserate ist höher, sie beschreibt die Rate ohne Glucoseverlust durch Zellatmung. • Lichtsättigung: Maximalwert nach Lichtkompensationspunkt der Nettofotosyntheserate SPALTOFFNUNGSAPPARAT DER STOMATA Pflanzen können die Öffnungsweite ihrer Stomata regulieren in Abhängigkeit von Lichtintensität und Trockenheit Bei der Transpiration wird CO2 aufgenommen und 02 abgegeben Cuticulare Transpiration: Das Blatt verliert Wasserdampf über die gesamte Blattoberfläche, das Ausmaß ist bestimmt von der Dicke der Cuticula Größter Teil der Transpiration jedoch über die stomatäre Transpiration, diese ist wie gesagt regulierbar Spaltöffnungsapparat Aufbau: Bohnenförmige Schließzellen, die Spaltöffnung ist in der Mitte dieser, dahinter liegt die Atemhöhle, Außen-/Innenwände der Schließzellen sind starr, die an die Nebenzellen grenzenden Wände sind elastisch • Wassergehalt des Blattgewebes meist sehr hoch im Gegensatz zur umgebenden Luft, daher verdunstet das Wasser und will als Wasserdampf in die umgebende Luft, das ist die Transpiration Wenn die Blattzellen Wasser verloren haben, strömt es aus umliegenden Zellen und dem Leitbündel nach Dadurch entsteht ein Unterdruck in den Wasserleitungsbahnen der Pflanze bis zu den Wurzeln Aus diesem Grund entsteht ein Transpirationssog, der das Wasser zusammen mit gelösten Mineralstoffen in die Blätter transportiert Der größte Teil des aufgenommenen Wassers geht durch die Transpiration wieder verloren, nur der für den Stoffwechsel und Wachstum benötigte Teil bleibt Lichtenergie 30 0₂ + Störke (C6H100s) / Zucker SPALTOFFNUNGSAPPARAT DER STOMATA Stomatäre Transpiration: Ablauf und Regulierung der Spaltöffnung Jeder Apparat hat zwei Schließzellen mit Chloroplasten, die Nebenzellen haben keine Chloroplasten Niedrige Kohlenstoffdioxid-Konzentration in Atemhöhle, heißt Ph-Wert innerhalb der Zellen erhöht sich Ionenpumpen transportieren positiv geladene Kalium-Ionen von den Nebenzellen in die Schließzellen Das Wasser strömt osmotisch nach, sodass sich das Volumen der Vakuolen und der Innendruck (Turgor) der Schließzellen erhöht ● ● ● ● • Die unverdickten Rückwände der Schließzellen dehnen sich und die Bauchwand, welche zur Spaltöffnung hin zeigt nach hinten gezogen • Somit vergrößert sich die Spaltöffnung Wasserverlust führt dann zur Volumen Abnahme der Schließzellen und folglich zum schließen der Spaltöffnung • Die Kalium-Ionenpumpen werden durch Licht und niedrige Kohlenstoffdioxid-Konzentration aktiviert, sodass sich die Stomata öffnen, damit Kohlenstoffdioxid aufgenommen werden kann Öffnungsweite der Spalte ist somit ein Kompromiss aus Intensität der Transpiration und Fotosyntheserate ● Der Innendruck (Turgor) in Schließzellen in Differenz zu dem Turgor in den Nebenzellen reguliert die Spaltöffnung • Turgeszente Schließzelle, wenn hoher Turgor Evaporation: Verdunstung von Wasser Zentral spalt Epidermis ● Bauchwand Substomatare Höhle ● ・otosynthese Intermembranraum 2 innere Membran Nebenzelle äußere Membran Stroma Thylakoidlumen (Innenroun) (3) Thyl alcoidmembran -Rückwand Subotomatare Höhle =Atemhöhle Nebenzelle Öffnung: K² H₂O Schließzelle Mesophyllzelle mit Chloroplasten Osmose bedeutet ein Konzentrationsausgleich Blatt gibt mehr Wasserdampf über Transpiration ab, da hier der Wasserdampf auch seitlich in Form einer Halbkugel abgegeben werden kann, bei der Cuticulären Transpiration behindern sich die Wassermoleküle gegenseitig, sodass nur senkrecht nach oben diffundiert werden kann CHLOROPLASTEN Schließzelle Schließen: K+ H₂O Schließeelle Nebenzelle Stärkekörper Granum Stromathy lakoide 10 Ribosom 1DNA (12) Plastoglobulus (Lipide) ENDOSYMBIONTENTHEORIE ● Endo-: Innen Symbiose: Lebensgemeinschaft zwei verschiedener Arten zum Vorteil für beide Endosymbiose: Ein Partner lebt in dem Körper eines anderen Betrifft Mitochondrien bei Tierzellen, aber auch bei Pflanzen zusätzlich noch die Plastiden: Chloroplasten, Leukoplasten, Chromoplasten • Geht davon aus, dass eben diese Zellorganelle vor ewiger Zeit mal eigene Organismen, in Form von Bakterien, waren und eine größere Urzelle sie, diese kleineren Zellen, in sich aufgenommen/verschluckt hat zum gegenseitigen Vorteil ● ● • Nur dadurch wurden komplexere Organismen möglich Beispiel Mitochondrien: Alpha-Proteobakterium als Vorgänger der Mitochondrien, dieses Bakterium kann was, was die große Urzelle braucht, z.B. Wasserstoffausstoß, den die Urzelle als Energiequelle nutzen kann, also nimmt sie das Bakterium auf, Jahre später wurde aus einem eigenen Organismus also ein Zellorganell in dem genetischen Code der Urzelle, stellt nun die Energie zu Verfügung ● ● Fotosynthese ● ABSORPTIONSSPEKTRUM UND WIRKUNGSSPEKTRUM Licht hat unterschiedliche Wellenlängen und Farben (Spektralfarben) Das Spektrum des Lichts reicht von 400nm bis 780nm, sichtbares Licht beträgt 380-750nm, blaues Licht ist energiereicher als rotes Licht ● Chlorplasten waren vorher Cyanobakterien Beweise: Chloroplasten und Mitochondrien sind die einzigen Zellorganelle, die zwei Membrane haben, eine hatten ihre Vorgänger schon und beim Verschlucken durch Endozytose entstand die zweite Membran, äußere Membran war mal Membran der Ursprungszelle; Teile von Alpha-Proteobakterien-DNA sind im Zellkern von Eukaryoten zu finden; Chloroplasten und Mitochondrien haben eigene Ring-DNA und können sich selbstständig vermehren, sowie eigenständig Stoffwechsel betreiben • Licht besteht aus einzelnen Quanten, deren Energie von der Wellenlänge abhängig ist ● Durch Absorption eines Lichtquants gelangt ein Elektron auf ein höheres Energieniveau (angeregter Zustand) Bei Rückkehr in Grundzustand strahlt das Elektron Energie ab ● Violettes Licht mit ca. 400nm kurzwelliger als rotes Licht im Bereich von 650-750nm Lichtabsorption: Chlorophyll-Lösung absorbiert Farben bzw. Energie des Lichts, vor allem blau und orangerot, grün wird kaum bis gar nicht absorbiert, sondern reflektiert (Gegenteil von Absorption), dadurch erscheinen Blätter grün ● • Laubblätter und Grünalgen haben ein Gemisch verschiedener Farbstoffe: grünen Chlorophylle a und b und den orange-gelben Carotinoide ● • Absorption in Abhängigkeit der Wellenlänge, Absorptionsspektrum der verschiedenen Farbstoffe Wirkungsspektrum: Fotosyntheserate einer Pflanze bei Licht mit verschiedenen Wellenlängen (ENGELMANN 1882), belichtete Fadenalge mit verschieden farbigem Licht und erhielt unterschiedliche Raten, da wo meiste Rate lagerten sich die meisten aeroben Bakterien, die den Sauerstoff benötigten (violett-blau und rot am besten) Fotosyntheserate ist ca. Maximal bei 450 und 680nm, dort Chlorophyll a und b ihre Absorptionsmaxima Chlorophyll a und b absorbieren das meiste Licht für Fotosynthese, da das Wirkungsspektrum sein Maxima im Bereich des Chlorophyll-Absorptionsmaxima hat, Pflanzen sind anders farbig durch andere Farbstoffe ATOM UND LICHT Was geschieht wenn ein Atom Licht absorbiert? ● • Bsp. Einfaches Wasserstoffatom, Elektron blau auf der innersten Elektronenschale (K-Schale) Kreist mit hoher Geschwindigkeit um den roten Atomkern, da Anziehungskraft zwischen Atomkern und Elektron ● Fotosynthese • Photon zeichnet sich durch einen bestimmten Energiebetrag aus und ist das kleinste Teilchen des Lichts, ● Energiebetrag ist abhängig von Wellenlänge des Photons -> rotes Photon weniger Energie als blaues Vom Photon übertragene Energie auf Elektron aufgenommen ● relativ hoch ist, um das Elektron zu entfernen müsste man sehr viel Energie aufwenden -> Redoxpotential positiv Lichtstrahl kommt, kleinste Einheit des Lichts heißt Photon oder Quant Energieerhaltungssatz, keine Energie geht verloren Elektron hat also Energie aufgenommen und deswegen erhöht sich seine Energie, kreist schneller um Atomkern Vorher: Gleichgewicht zwischen Anziehungskraft Atomkern und von der Eigenbewegung verursachten Zentrifugalkraft des Elektrons, daher bewegte sich das Elektron auf einer konstanten Kreisbahn um den Kern ● . Durch die höhere Geschwindigkeit entfernt sich das Elektron jetzt jedoch vom Kern, da es auf einem höheren Energieniveau ist Anziehungskraft ist also geringer als zuvor zwischen Elektron und Kern, Elektron kann leichter aus Atom entfernt werden ● • Redoxpotential ist negativer geworden, denn ein angeregtes Wasserstoffatom gibt Elektron leichter ab als ein Wasserstoffatom im Grundzustand ●