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Fotosynthese, Zellatmung, C3 C4 und CAM-Pflanzen, Biologie

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Fotosynthese, Zellatmung, C3 C4 und CAM-Pflanzen, Biologie

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Die Fotosynthese und Zellatmung sind grundlegende Prozesse in Pflanzen. Der Calvin-Zyklus spielt eine zentrale Rolle bei der CO2-Fixierung. C3-, C4- und CAM-Pflanzen haben unterschiedliche Anpassungen entwickelt, um Kohlenstoffdioxid effizient zu nutzen.

• Der Calvin-Zyklus läuft im Stroma der Chloroplasten ab und nutzt Energie aus der Lichtreaktion
• C4-Pflanzen haben eine räumliche Trennung der CO2-Fixierung in Mesophyll- und Bündelscheidenzellen
• CAM-Pflanzen fixieren CO2 nachts und speichern es als Malat, um es tagsüber im Calvin-Zyklus zu verwenden
• Die Zellatmung umfasst Glykolyse, oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus zur Energiegewinnung

22.4.2021

10027

Lichtunabhängige Reaktion:
6 CO₂ +12 (NADPH+H*) + 18 ATP
C6H₁₂O6 + 6H₂O+ 42 NADP+ 18 ADP+P
von der Fotoreaktion abhängig (ATP & NADPH+H* übe

Vergleich von C3-, C4- und CAM-Pflanzen

Diese Seite bietet eine detaillierte C3 C4 CAM-Pflanzen Vergleich Tabelle, die die wichtigsten Unterschiede zwischen diesen Pflanzentypen aufzeigt.

Highlight: Die Hauptunterschiede zwischen C3-, C4- und CAM-Pflanzen liegen in ihrem Blattaufbau, dem ersten fassbaren Produkt der CO2-Fixierung, dem Temperaturoptimum und ihrem Wasserbedarf.

C3-Pflanzen:

Haben einen Schichttyp-Blattaufbau
Nutzen Rubisco zur CO2-Fixierung
Haben ein Temperaturoptimum von 15-25°C
Kommen in gemäßigten Klimazonen vor

C4-Pflanzen:

Weisen einen Kranztyp-Blattaufbau auf
Verwenden zuerst PEP-Carboxylase und dann Rubisco zur CO2-Fixierung
Haben ein höheres Temperaturoptimum von 30-45°C
Sind an trockenheiße Standorte angepasst

Vocabulary: PEP-Carboxylase ist ein Enzym, das bei C4-Pflanzen die erste CO2-Fixierung katalysiert und eine höhere Affinität für CO2 hat als Rubisco.

CAM-Pflanzen:

Haben dicke Blätter mit einer dicken Kutikula
Fixieren CO2 nachts als Apfelsäure/Malat
Sind an extremen Wassermangel angepasst
Zeigen einen diurnalen Säurerhythmus

Definition: Der diurnale Säurerhythmus bei CAM-Pflanzen beschreibt die tageszeitliche Schwankung des Säuregehalts in den Blättern aufgrund der nächtlichen CO2-Fixierung und der tagsüber stattfindenden Decarboxylierung.

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Lichtunabhängige Reaktion und Calvin-Zyklus

Die lichtunabhängige Reaktion der Fotosynthese, auch als Calvin-Zyklus bekannt, findet im Stroma der Chloroplasten statt. Hier wird Glucose unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid gebildet.

Definition: Der Calvin-Zyklus ist der Prozess, bei dem CO2 in organische Verbindungen umgewandelt wird, unter Verwendung von ATP und NADPH aus der Lichtreaktion.

Der Calvin-Zyklus läuft in drei Phasen ab:

Kohlenstofffixierung
Reduktion und Glucosebildung
Regeneration des CO2-Akzeptors

Highlight: Die Nettogleichung des Calvin-Zyklus lautet: 6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP → C6H12O6 + 6 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi

C4-Pflanzen haben eine besondere Anpassung entwickelt, um CO2 effizienter zu fixieren. Sie nutzen räumlich getrennte Reaktionen in Mesophyllzellen und Bündelscheidenzellen.

Vocabulary: Mesophyllzellen sind das Grundgewebe der Blätter, in dem bei C4-Pflanzen die erste CO2-Fixierung stattfindet.

CAM-Pflanzen haben eine zeitliche Trennung der CO2-Fixierung entwickelt. Sie nehmen nachts CO2 auf und speichern es als Malat, um es tagsüber im Calvin-Zyklus zu verwenden.

Example: Kakteen sind typische CAM-Pflanzen, die an extreme Trockenheit angepasst sind.

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Die Zellatmung

Die Zellatmung ist ein Prozess, bei dem Glucose und Sauerstoff, die Produkte der Fotosynthese, zur Energiegewinnung genutzt werden. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab:

Glykolyse (im Zellplasma):
- Ein Glucose-Molekül wird mit Phosphat-Gruppen aktiviert
- Der C6-Körper wird in zwei C3-Körper gespalten
- ATP und NADH+H+ werden gebildet

Highlight: Die Nettogleichung der Glykolyse lautet: C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 C3 + 2 (NADH+H+) + 2 ATP

Oxidative Decarboxylierung (in der Mitochondrienmatrix):
- Brenztraubensäure gelangt in die Matrix des Mitochondriums
- Ein C-Atom wird als CO2 abgespalten
- Es entsteht ein C2-Körper (Acetyl-Coenzym A)
- Der C2-Körper bindet sich mit Oxalessigsäure zu Zitronensäure

Vocabulary: Oxidative Decarboxylierung ist der Prozess, bei dem Pyruvat zu Acetyl-CoA umgewandelt wird, wobei CO2 freigesetzt wird.

Diese Prozesse bilden die Grundlage für den anschließenden Citratzyklus und die Atmungskette, die zur Produktion von ATP führen.

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