Fotosynthese Oberstufe

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liegt in hoherer Konzentration vor. versuch keine fotosynthese-Licht als Energiequelle fehlt. ABB ZES entsteht weniger sauerstoff als bei versuch eins. Bei sonst gleichen Bedingungen ist die Temperatur niedriger. Alle biochemischen Reaktionen, auch die fotosynthese, verlaufen also langsamer (RGT-Regel) BEEINFLUSSUNG FOTOSYNTHESE DURCH ABIOTISCHE UMWELTFAKTOREN Abhängigkeit von der Lichtintensität • Fotosynthese ist durch lichtabhängige Reaktion von Licht intensität abhängig • bei Steigender Lichtintensität Steigt ebenso die Fotosyntheserate bis zum Sättigungspunkt • Wirksame Strahlung PAR als Photonfluss oder Energiefluss gemessen • von Art zur Art unterschiedl. Abhängigkeit durch folgende werte gekennzeichnet! 4. Licht kompensationspunkt Licht intensität bei d. Aufnahme und Abgabe von CO₂ gleich bzw. Bildung von CO₂ gleich verbrauch von O₂ durch Zellatmung 2. Lichtsättigungspunkt Lichtintensität ab der FS-Leistung nicht weiter steigerbar, sauerstoffproduk- tionsrate konstant Sonnenpfl blaues u. rotes Licht: besten Fotosynthese leistung erreicht, aa in diesen Bereich des Chlorophyll (Chla, Chib) seine Absorptions maxima erreicht Abhängigkeit von kohlenstoffdioxid gehalt •nur Auswirkung bei Starklicht Aufnahme CO₂ Wasser: als Ausgangsstoff für die Fotosynthese-benötigte Menge gering ·als Lösungsmittel für bio chem. Vorgänge Hassermangel wirkt sich indirekt aus: Schattenpfl. LKP Abgabe von CO₂ OLSP. Abhängigkeit von der Temperatur geringes Lichtangebot: minimale Auswirkung aus. Fotosynthese durch Temperaturänderung L> Aufnahme Lichtenergie wirkt begrenzend • Starklicht: Temperaturänderung hat ausgeprägten Einfluss • Bestimmung der Geschwindigkeit in Membranen durch temperaturabhängige Transport.vorgange Die Temperatur abhängigkeit entspricht einer typischen Enzymreaktion Zu Beginn Steigt die Reaktionsgeschwindigkeit durch die zunehmende Bewegung der Teilchen →>dădurch Steigen die wirksamen zusammenstöße zw. Enzym und Sub- Strat- un satz wird gesteigert • Plasma entquellen -beeinträchtigt enzymatische Reaktion • Schließen der Spaltöffnungen → CO₂-Zufuhr behindert · Oberhalb des Temperaturoptimums schließen sich Spaltöffnungen (verdunstungsschutz) -> CO₂ konzentration sinkt -> Fotosynthese leistung sinkt · zugleich beginnt die Zerstörrung der Enzyme. →kein umsatz mehr Licht intensität • natürlicher Kohlenstoffdioxid gehalt der Luft oft begrenzender Faktor • künstliche CO₂-Düngung" = höhere Erträge (bei manchen Pflanzen bspw. bei Gurken) : umsetzung des CO₂ erfolgt im calvin-Zyklus mit Hilfe von Enzymen :biese können bei geringer konzentration von CO₂ (Substrat) die vorhandenen Moleküle schnell umsetzen, da viele Enzyme frei sind :Steigt die konzentration an, Sind mehr Enzyme „in Arbeit", bis Schließlich alle Enzyme besetzt sind. und keine weitere Steigerung mehr erreicht werden kann CHROMATOGRAFIE VON BLATTIFARBSTOFFEN BLATTFARBSTOFFEN Chlorophylle absorbieren Licht im blau violetten und roten Wellenlängenbereich (Fotosyntheseleistung hoch) xanthophylle una carotinoide absorbieren Licht anderer wellenlängenbereiche -> enzymatisch Abbau der Blattfarbstoffe -> Verfärbung Laubblätter PLASTIDEN Kartoffelknolle im Licht Chloroplasten BIGH Leukoplastiden - proplastiden. Reifen ger Tomate Karotte im Licht Karotte im Boden Blüte • Chromoplasten. Fotosynthese pigmente Farbstoffmoleküle, die das Licht aufnehmen Absorption Nutzbarmachung von Licht Absorptionsspektrum Spektrum des absorbierten Lichts (manche Farben eher absorbiert/manche eher reflektiert) Chlorophyla FOTOSYSTEME -funktionelle Einheiten aus versch. Fotosynthesefarbstoffen, die Sich in den Thylakoid membranen der Chloroplasten befinden Licht sammelkomplex: Ansammlung von Blattfarbstoffen um ein Reaktionszentrum in der Thylakoidmembran Chlorophy b junge embryonale Pflanzenzelle enthalten. proplastiden • Proplastiden entwickeln sich je nach Gewebe typ. zu Leukoplasten (farblos) → z. B. Amyloplasten Zur Starkespeicherung / zu Chromoplasten . (gelb-rot) -> 2 ->Z.B in Blüten und Früchten, zu Chloro- piasten (grün)-> Or+ d. Fotosynthese • neue proplastiden entstehen durch knos- pung, Chloroplasten durch Teilen →vermehrung Lichtsammelkomplex 1 Carotin T Phaeophytin Wellenlänge, nm Chlorophyll a Reaktionszentrum Chlorophyll b Lutein Violaxanthin Neoxanthin grünlücke Grünlücke grünes Licht wird von Chlorophyll a+b fast gar nicht absorbiert, sondern reflektiert. →grüne Blattfarbe. Wirkungsspektrum Bereich, in dem eine Farbe (ein Stoff) eine Wirkung erzielt wirkungsoptimum blau & rot Chlorophyll Wasser spaltender -> Licht in unterschiedl. Wellenlängen absorbierend und Energie Enzymkomplex Fotosystem an Reaktionszentrum weiterleitend Reaktionszentrum umwandeln der absorbierten Energie in fotochemische Arbeit ->durch weiterleitung des energiereichen Elektron an Akzeptor Ablauf lichabhängige Reaktion- Primärreaktion Lipid- Doppelschicht Porphyrin- ring Phytol Chlorophyll Licht->Absorption durch Antennenpigmente des Fotosystems II -> A •Aktivierung des zentralen Chlorophyll-Moleküls (P.680). ->Elektronenabgabe an Elektronen-Akzeptor Elektronenübertragung in Thylakoid membran -> Beförderung von Wasserstoff-Ionen (H+) AUS Stroma in intermembranraum -> H+-Gradient entsteht -> Aktivierung ATP-synthese -> Bildung von ATP (Fotophosphorylierung) Elektronenlücke im b680 →→ Füllung durch Elektronen aus Fotolyse = Zerlegung von Wasser- molekülen in Elektronen, wasserstoff-lonen und sauerstoff → Bildung von 0₂-diffundiert. in umwelt Elektronen in der Thylakoid membran füllen. Elektronenlücke im zentralen Chlorophyll- Molekül des Fotosystems I (P700) • Elektronenabgabe aus P700 -> Bildung von NADPH + H+ = Reduktionsmittel Arbeitsblatt SEW III Entwerfen sie ein einfaches Schema das den Zusammenhang der beiden. Teilreaktionen der Fotosynthese klarmacht. ATP SYNTHASE ADP + н' ATP Synthase 10 ATP + H₂O ^^ A: brimärreaktion B Sekundärrektion B dan 1. äußere Membran 2. innere Membran 3 Intermembranraum. 4. Stroma S Lichtenergie 6. Wasser 7 Sauerstoff 8. NADP+Ht NADP+ Licht Ziel: Bildung der energiereichen verbindung Glucose Chloro- plast 10. ATP 11. ADP+P 12. Kohlenstoffdioxid. 13. H₂O 14 C6H12O6 Glucose Enzyme im Stroma gute Bedingungen für Enzymaktivität (pu-wert, Temp.) :CO₂ als Ausgangsstoff. des Chloroplasten H₂0 Thylakoid Lichtunabhängige Reaktion (calvin-zykius) Ort: Stroma des Chloroplasten voraussetzungen:-Ausgangsstoffe der licht reaktion ausreichend vorhanden (NADPH+H*, ATP) Stroma C3-Molekul (PGS) 6C0₂ 4.Teil- reaktion 0₂ ATP Produktion : im Innenraum der Thylakoide → überschuss an Wasserstoffprotonen (v.a. von der Hasserspalt ung) dieses Ladungs- und konzentrationsgefälle nutzt das Enzym ATP-synthase zur Bildung von ATP (aus ADP und P) →Schleust dabei Wasserstoff protonen ins Stroma ATP ATP NADPH+H* NADPH+H* I Stroma AOPGA II CO₂ calvin Zyklus 2 PGA Zucker Rubp Glucose 6Cs Molekule C6H₁₂O6 C3 Molekül PGA Fotosynthese Diagramme 4 Fotosynthese leistung 30% CO₂ konzentration Fotosyntheseleistung Roggen 20° Mais 30* 40° Temperatur (C²) Beschreibung: typische Sättigungskurve anfangs nimmt Fotosynthese leistung mit steigendem CO₂-Gehalt sehr rasch zu (exponentiel) mit weiter Steigendem CO₂-Gehalt nimmt die Fotosynthese leistung. nur noch wenig zu bis sie schließlich konstant bleibt Roggen: (optimumskurve) im Bereich bis 25°c steigt die Fotosynthese leistung exponen- Hell an Bei ca. 25°c hat der Roggen sein Temperaturoptimum • Wenn die Temp. weiter ansteigt, fällt die Fotosyntheseleistung rapide ab, bis sie schließlich bei ca. 34°c den Nullpunkt erreicht, d.h. keine Fotosynthese leistung mehr zu verzeichnen ist Schattenblatt und Sonnenblatt Merkmal BAU schattenblatt Sonnenblatt Blattgröße Blattform/ -gestalt Epidermis Kurtikula Palisadengewebe Schwammgewebe Spaltöffnungen Minimal Herte (Atmung > Fotos.) Sonnenblatt Maximalwert Stoffwechselleistung -kurtikula 3-Epidermis -Palisadengewebe klein (28,8cm² Oberfl.) kleine schmale dicke Laubblätter Schwammgewebe }-Epidermis kurtikula Lederartig, behaart -> viele Blätter, dunkler ein bis mehrschichtig Lichtsättigungspunkt tritt spät ein. Stark ausgeprägt (wachsartig). Stark ausgeprägt dick Stark ausgeprägt viele und/oder eingesenkt At mung Stärker Fotosyntheseleistung hoch niedrigere werte Licht kompensations- tritt spät ein punkt (Atmung-Fotos.) hoch (20-30 pm.mol.m²²s^) aufgrund d. hohen zahl von Chloroplasten Schattenblatt einschichtig höherer Wert. -kurtikula -Epidermis groß (48,9 cm² Oberfl.) große, dünne Blätter Palisadengewebe tritt früh ein Schwammgewebe dünn oder fehlend gering ausgeprägt dünn gering ausgeprägt wenige geringer gering }Epidermis kurtikula tritt früh ein, da Henig Licht vorhanden →niedrig (<10 jumal m² ²5^^) G/U U и BEDEUTUNG Freisetzung des Sauerstoffs. Fotosynthese Voraussetzungen für das Leben aller organismen ↑ Fotosynthese ↓ Grundlage für wichtige zweige der Volkswirtschaft ↓ Landwirtschaft. Forstwirtschaft. Fischerei ↓ ↓ Fischfleisch, H012, Tran Kohle kulturpflanzen, Viehhaltung CHLOROPLASTEN Querschnitt - m HOIZ Zellulose außenmembran innen membran anorganische Stoffe beckung des Nahrung -u. Energiebedarfs ZUSAMMENHANG VON STRUKTUR & FUNKTION eigene (ringförmige) DNA replizieren sich unabhängig von Zellzyklus P Einfaltungen der inneren Membran → Oberflächenvergrößerung Ort der Fotosyntheme (Chlorophylls). →Fotosynthese (Lichtreaktion) umhüllt von Biomembran Kompartimentierung geregelter Stoffaustausch DEF FOTOSYNTHESE Die Fotosynthese ist ein bio Chemischer Vor- gang bei dem anorganische, energiearme Stoffe mit Hilfe von Lichtenergie in Chloro- plasten in energiereiche, organische Stoffe umgewandelt rder WORT-U. REAKTIONSGLEICHUNG_FOTOSYNTHESE Wasser Kohlenstoffdioxid 12H₂0 +4-2 6C0₂ boppelmembran (Thylakoidmembran) Stroma Thylokoid innenraum/intermembranraum Granathylakoide Ribosomen Plastiden-DNA Stärkekorn (speicherort) Ferttröpfchen Licht Reduktion Oxidation. .10 Licht ewirtschaft (Redoxreaktion) Organ. Stoff GIUCOse Sauerstoff + Wasser 6H₂0 + BEDINGUNGEN DER FOTOSYNTHESE Chlorophylle in der Thylakoidmembran Lichtabsorption Energieumwandlung Spaltöffnung C6H12O6 + 60₂ Oxidationszahl vom Kohlenstoff Wird kleiner →Bildung von Glukose ist eine Reduction -ein Reduktionsmittel notwendig (NADPH-H) Reduktionen verlaufen endotherm- -Energie muss bereitgestellt werden