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221
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Elena Sofia
13.9.2021
Biologie
Kursarbeit Stoffwechsel
9.017
•
13. Sept. 2021
•
Elena Sofia
@ele.2611
Die Themen Zellatmung, Gärung und Fotosynthese sind zentrale Stoffwechselprozesse, die... Mehr anzeigen
Die Zellatmung ist ein dreistufiger Prozess zur Energiegewinnung. Es beginnt mit der Glykolyse im Zellplasma, wo Glucose zu zwei Pyruvat-Molekülen abgebaut wird und 2 ATP entstehen. Danach folgt im Mitochondrium der Citratzyklus, bei dem Pyruvat zu Acetyl-CoA umgewandelt wird und CO₂ freigesetzt wird. Schließlich werden in der Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran die meisten ATP (bis zu 28) produziert.
Bei der Gärung unterscheidet man zwischen obligaten Gärern wie Milchsäurebakterien, denen die Atmungskette fehlt und die daher nur unter anaeroben Bedingungen leben können, und fakultativen Gärern wie Hefepilzen, die sowohl unter aeroben als auch anaeroben Bedingungen Energie gewinnen können.
Die Milchsäuregärung erzeugt aus Pyruvat Lactat, während die alkoholische Gärung Ethanol und CO₂ produziert. Bei beiden Gärungsarten werden NAD⁺-Moleküle regeneriert, was für die Fortsetzung der Glykolyse essentiell ist. Der Energiegewinn bei der Gärung beträgt nur 2 ATP pro Glucose-Molekül.
Gut zu wissen: Bei der Zellatmung entsteht das Wasser (H₂O) aus dem eingeatmeten Sauerstoff, während das CO₂ aus der Glucose stammt - ein häufiges Prüfungsthema in Stoffwechsel-Abituraufgaben!
Sauerteig ist ein tolles Beispiel für Enzyme im Alltag, speziell bei Lebensmitteln. Hier bilden Milchsäurebakterien und spezielle Hefen eine Lebensgemeinschaft. Die Bakterien vergären Glucose zu Milchsäure, was den pH-Wert auf etwa 4 senkt. Die Hefen im Sauerteig sind an dieses saure Milieu angepasst.
Die alkoholische Gärung kann durch einen einfachen Versuchsaufbau nachgewiesen werden. Dafür mischt man eine Glucose-Lösung mit einer Hefe-Suspension in einem verschlossenen Gefäß. Da Hefepilze unter Sauerstoffausschluss Glucose zu Ethanol und CO₂ abbauen, kann man die Menge des entstehenden CO₂ messen. Die Bilanzgleichung der alkoholischen Gärung lautet: C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 P → 2 Ethanol + 2 ATP + 2 CO₂
Der Vergleich zwischen Milchsäuregärung und Zellatmung zeigt deutliche Unterschiede: Während die Zellatmung in Mitochondrien unter Sauerstoffverbrauch bis zu 32 ATP liefert, findet die Gärung im Cytoplasma ohne Sauerstoff statt und erzeugt nur 2 ATP. Diese Effizienzunterschiede sind ein typisches Thema in Klausuraufgaben zum Stoffwechsel.
Prüfungstipp: Achte bei Klausuren zur Enzymatik besonders auf die Reaktionsbedingungen und Stoffwechselwege der verschiedenen Gärungsarten!
Die Fotosynthese ist der Stoffwechselweg von Zellen mit Chloroplasten, bei dem energiearme anorganische Stoffe (CO₂, H₂O) in energiereiche organische Stoffe (Glucose) umgewandelt werden. Sie steht in einem Kreislauf mit der Zellatmung und ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde.
Im Querschnitt eines Laubblattes erkennt man die spezialisierte Struktur für die Fotosynthese. Die obere Epidermis ist von einer Cuticula zum Schutz vor Austrocknung bedeckt. Darunter liegt das Palisadengewebe mit vielen Chloroplasten, gefolgt vom Schwammgewebe mit großen Interzellularen für den Gasaustausch. In der unteren Epidermis befinden sich die Stomata (Spaltöffnungen), die von Schließzellen umgeben sind und den CO₂-Eintritt sowie den O₂-Austritt regulieren.
Die Chloroplasten sind die eigentlichen Orte der Fotosynthese. Hier wird Lichtenergie absorbiert und in chemische Energie umgewandelt. Anschließend wird CO₂ zu Glucose aufgebaut, die dann zur Energiegewinnung oder als Baustoff für andere Biomoleküle verwendet werden kann.
Versuchstipp: Für Experimente zur Fotosynthese in der Oberstufe eignet sich besonders die Wasserpest gut, da man die Sauerstoffproduktion anhand aufsteigender Bläschen direkt beobachten kann!
Die Fotosyntheserate lässt sich durch die Messung der O₂-Bildung oder der CO₂-Aufnahme bestimmen. Ein einfaches Photosynthese-Experiment für Schüler verwendet Wasserpflänzchen, bei denen man die Sauerstoffbläschen zählen kann. Bei steigender Lichtintensität erhöht sich die Fotosyntheserate und damit die Anzahl der O₂-Bläschen, da die Pflanze mehr CO₂ aufnehmen und verstoffwechseln kann.
Ein klassisches Van Helmont Experiment zur Fotosynthese verwendet panaschierte Blätter, die sowohl grüne Bereiche mit Chlorophyll als auch weiße Bereiche ohne Chlorophyll aufweisen. Wenn man Teile eines solchen Blattes mit Alufolie abdeckt und das Blatt 24 Stunden belichtet, kann man anschließend mit einem Stärkenachweis zeigen, dass nur in den unbedeckten grünen Blattbereichen Stärke gebildet wurde.
Mit diesem Experiment kann nachgewiesen werden, dass für die Fotosynthese sowohl Licht als auch Chlorophyll notwendig sind. Die Stärke entsteht dabei aus der bei der Fotosynthese gebildeten Glucose, die zu dem Polysaccharid verknüpft wird.
Merke: Bei der Vorbereitung auf die Biologie Stoffwechsel-Klausur in der Q1 sind praktische Versuchsaufbauten und ihre Auswertung besonders wichtig - sie kommen fast immer in Abituraufgaben vor!
Bei der Zellatmung gewinnt die Zelle Energie aus Glucose. Die Glykolyse beginnt im Cytoplasma, wo der C₆-Körper Glucose in zwei C₃-Körper Pyruvat umgewandelt wird. Dabei entstehen 2 ATP und 2 NADH+H⁺. Diese Phase benötigt keinen Sauerstoff und ist daher auch Bestandteil der Gärungsprozesse.
Nach der Glykolyse werden die Pyruvat-Moleküle in die Mitochondrienmatrix transportiert. Dort findet die oxidative Decarboxylierung statt, bei der aus jedem Pyruvat ein CO₂-Molekül abgespalten wird und Acetyl-CoA entsteht. Dieser Schritt verbindet die Glykolyse mit dem nachfolgenden Citratzyklus.
Im Citratzyklus reagiert das Acetyl-CoA mit Oxalacetat zu Citrat. In mehreren enzymatischen Schritten wird weiteres CO₂ abgespalten und energiereiche Moleküle wie NADH+H⁺, FADH₂ und ATP werden gebildet. Am Ende regeneriert sich das Oxalacetat und der Zyklus kann von neuem beginnen.
Tipp für deine Bio LK Klausur: Zellatmung ist ein komplexer Stoffwechselvorgang - zeichne dir die einzelnen Schritte als Übersicht auf, um den Überblick für Klausuraufgaben zur Zellatmung zu behalten!
Die Atmungskette findet an der inneren Mitochondrienmembran statt. Hier werden die Elektronen von NADH+H⁺ und FADH₂ über vier Multienzymkomplexe transportiert. Am Ende reagieren sie mit Sauerstoff und Protonen zu Wasser (die sogenannte "Knallgasreaktion"). Die dabei freigesetzte Energie wird zum Aufbau von insgesamt 28 ATP-Molekülen genutzt.
Milchsäurebakterien sind obligate Gärer, weil ihnen die Atmungskette fehlt. Sie können nur unter anaeroben Bedingungen durch die Vergärung von Glucose Energie gewinnen. Dies macht sie zu wichtigen Enzymen in Lebensmitteln wie Sauerteig oder Joghurt.
Hefen dagegen sind fakultative Gärer. Sie können sowohl unter aeroben Bedingungen (mit Sauerstoff) als auch unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) Energie gewinnen. Zudem können sie mit speziellen Enzymen Maltose in zwei Glucose-Moleküle spalten, was ihre Vielseitigkeit erhöht.
Praxisbezug: Die Wirkung von Enzymen im Alltag begegnet dir überall - von der Brotherstellung mit Sauerteig über alkoholische Getränke bis hin zu Enzymen in Waschmitteln, die Fett- und Eiweißflecken abbauen!
Die Milchsäuregärung ist ein wichtiger anaerober Stoffwechselweg, den viele Organismen nutzen. In der grafischen Darstellung sieht man, wie Glucose durch die Glykolyse zu Pyruvat abgebaut wird, wobei 2 ATP gewonnen und 2 NAD⁺ zu NADH+H⁺ reduziert werden.
Das besondere an der Milchsäuregärung ist der zweite Schritt: Das entstandene Pyruvat wird durch die Oxidation der NADH+H⁺-Moleküle zu Lactat reduziert. Dabei werden die NADH+H⁺-Moleküle wieder zu NAD⁺ oxidiert. Dieser Prozess ist wichtig für Enzyme im Stoffwechsel, denn nur so kann NAD⁺ regeneriert und die Glykolyse fortgesetzt werden.
Warum kann Pyruvat nicht als Endprodukt dienen? Ohne die Regeneration von NAD⁺ würde die Glykolyse zum Erliegen kommen, da dieser Elektronenakzeptor für die weitere Oxidation von Glucose benötigt wird. Die Umwandlung zu Lactat ist also ein Notfallprogramm der Zelle, um auch ohne Sauerstoff zumindest etwas Energie (2 ATP pro Glucose) zu gewinnen.
Klausurtipp: Bei Biologie Stoffwechselklausuren in Klasse 11 wird oft nach der Bedeutung der NAD⁺-Regeneration gefragt - sie ist der Schlüssel zum Verständnis der Gärungsprozesse!
Zellatmung und Milchsäuregärung unterscheiden sich in wesentlichen Punkten. Die Zellatmung findet bei heterotrophen Lebewesen statt, die Sauerstoff einatmen, wie wir Menschen. Sie läuft in Mitochondrien und teilweise im Cytoplasma ab und benötigt Glucose, Sauerstoff und ADP+P. Als Produkte entstehen CO₂, H₂O und ATP, wobei der Energiegewinn beeindruckende 32 ATP pro Glucose-Molekül beträgt.
Die Milchsäuregärung hingegen wird von Milchsäurebakterien durchgeführt und findet ausschließlich im Cytoplasma statt. Sie benötigt Glucose und ADP+P, jedoch keinen Sauerstoff. Als Produkte entstehen Lactat und ATP, wobei nur 2 ATP pro Glucose-Molekül gewonnen werden.
Für ein Experiment zur alkoholischen Gärung durch Hefepilze kann man einen einfachen Versuchsaufbau mit einem Kolben verwenden, der mit einem Stopfen verschlossen ist, damit kein Sauerstoff eindringen kann. Die Mischung aus Glucose-Lösung und Hefe-Suspension produziert CO₂, das über ein Messrohr aufgefangen und gemessen werden kann. Die Bilanzgleichung lautet: C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 P → 2 Ethanol + 2 ATP + 2 CO₂.
Anwendungsbeispiel: Die alkoholische Gärung findet nicht nur bei der Bier- und Weinherstellung Anwendung, sondern Enzyme in der Industrie nutzen diesen Prozess auch zur Herstellung von Bioethanol als Kraftstoff!
Bei der Zellatmung entstehen CO₂ und H₂O als Endprodukte. Interessanterweise stammt das CO₂ von der Glucose aus der Nahrung, während das H₂O den eingeatmeten Sauerstoff enthält. Dies geschieht, weil im Citratzyklus enzymatisch CO₂ vom Pyruvat abgespalten wird, während der eingeatmete Sauerstoff in der Atmungskette mit Elektronen und Protonen zu Wasser reagiert.
Die Fotosynthese ist der Stoffwechselweg von Zellen mit Chloroplasten, bei dem energiearme anorganische Stoffe aufgenommen und energiereiche organische Stoffe gewonnen werden. Sie steht mit der Zellatmung in einem Kreislauf: Was die eine als Produkt freisetzt, braucht die andere als Edukt.
Bei einem Photosynthese-Experiment mit Kindern kann die Sauerstoffproduktion in Abhängigkeit von der Lichtintensität untersucht werden. Die Hypothese lautet: Je höher die Lichtintensität, desto mehr CO₂ kann die Pflanze aufnehmen und umsetzen, wodurch mehr O₂ entsteht. In einem Diagramm würde die Anzahl der O₂-Bläschen mit steigender Lichtintensität zunehmen, bis ein Sättigungspunkt erreicht ist.
Praxistipp für Versuche: Ein klassisches Photosynthese-Experiment für die Schule nutzt Wasserpest in einem Wasserglas, wobei man die Sauerstoffbläschen unter verschiedenen Lichtbedingungen zählt!
Das Van Helmont Experiment mit panaschierten Blättern ist ein faszinierendes Beispiel für die wissenschaftliche Untersuchung der Fotosynthese. Bei diesem Versuch werden Teile eines Blattes, das sowohl grüne als auch weiße Bereiche hat, mit Alufolie abgedeckt und dann 24 Stunden stark belichtet.
Nach der Belichtung wird ein Stärkenachweis durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, dass nur in den unbedeckten grünen Bereichen des Blattes Stärke nachgewiesen werden kann. Die Erklärung des Van Helmont Experiments liegt darin, dass für die Fotosynthese sowohl Licht als auch Chlorophyll notwendig sind. In den weißen Bereichen fehlt das Chlorophyll, während in den abgedeckten Bereichen kein Licht hingelangt.
Die Fragestellung dieses Experiments könnte lauten: "Findet Fotosynthese nur in belichteten, chlorophyllhaltigen Bereichen statt?" oder "Welche Faktoren sind für die Bildung von Glucose durch Fotosynthese notwendig?". Durch die Umwandlung von Glucose in Stärke kann die Fotosyntheseleistung sichtbar gemacht werden.
Praktischer Tipp: Für dein Wasserpest-Fotosynthese-Versuch kannst du ein Arbeitsblatt erstellen, das die Abhängigkeit der Bläschenbildung von verschiedenen Faktoren wie Lichtintensität, Temperatur oder CO₂-Konzentration untersucht!
Unser KI-Begleiter ist speziell auf die Bedürfnisse von Schülern zugeschnitten. Basierend auf den Millionen von Inhalten, die wir auf der Plattform haben, können wir den Schülern wirklich sinnvolle und relevante Antworten geben. Aber es geht nicht nur um Antworten, sondern der Begleiter führt die Schüler auch durch ihre täglichen Lernherausforderungen, mit personalisierten Lernplänen, Quizfragen oder Inhalten im Chat und einer 100% Personalisierung basierend auf den Fähigkeiten und Entwicklungen der Schüler.
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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.
Stefan S
iOS user
Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.
Samantha Klich
Android user
Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.
Anna
iOS user
Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!
Jana V
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Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!
Lena M
Android user
Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️
Timo S
iOS user
Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!
Sudenaz Ocak
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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.
Greenlight Bonnie
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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼
Julia S
Android user
Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!
Marcus B
iOS user
Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben
Sarah L
Android user
Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.
Hans T
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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.
Stefan S
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Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.
Samantha Klich
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Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.
Anna
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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!
Jana V
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Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!
Lena M
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Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️
Timo S
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Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!
Sudenaz Ocak
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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.
Greenlight Bonnie
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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼
Julia S
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Marcus B
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Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben
Sarah L
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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.
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Elena Sofia
@ele.2611
Die Themen Zellatmung, Gärung und Fotosynthese sind zentrale Stoffwechselprozesse, die du für deine Bio LK Klausur verstehen musst. Diese Zusammenfassung erklärt dir die wichtigsten Konzepte, experimentellen Nachweise und biochemischen Prozesse verständlich und prüfungsrelevant.
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Die Zellatmung ist ein dreistufiger Prozess zur Energiegewinnung. Es beginnt mit der Glykolyse im Zellplasma, wo Glucose zu zwei Pyruvat-Molekülen abgebaut wird und 2 ATP entstehen. Danach folgt im Mitochondrium der Citratzyklus, bei dem Pyruvat zu Acetyl-CoA umgewandelt wird und CO₂ freigesetzt wird. Schließlich werden in der Atmungskette an der inneren Mitochondrienmembran die meisten ATP (bis zu 28) produziert.
Bei der Gärung unterscheidet man zwischen obligaten Gärern wie Milchsäurebakterien, denen die Atmungskette fehlt und die daher nur unter anaeroben Bedingungen leben können, und fakultativen Gärern wie Hefepilzen, die sowohl unter aeroben als auch anaeroben Bedingungen Energie gewinnen können.
Die Milchsäuregärung erzeugt aus Pyruvat Lactat, während die alkoholische Gärung Ethanol und CO₂ produziert. Bei beiden Gärungsarten werden NAD⁺-Moleküle regeneriert, was für die Fortsetzung der Glykolyse essentiell ist. Der Energiegewinn bei der Gärung beträgt nur 2 ATP pro Glucose-Molekül.
Gut zu wissen: Bei der Zellatmung entsteht das Wasser (H₂O) aus dem eingeatmeten Sauerstoff, während das CO₂ aus der Glucose stammt - ein häufiges Prüfungsthema in Stoffwechsel-Abituraufgaben!
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Sauerteig ist ein tolles Beispiel für Enzyme im Alltag, speziell bei Lebensmitteln. Hier bilden Milchsäurebakterien und spezielle Hefen eine Lebensgemeinschaft. Die Bakterien vergären Glucose zu Milchsäure, was den pH-Wert auf etwa 4 senkt. Die Hefen im Sauerteig sind an dieses saure Milieu angepasst.
Die alkoholische Gärung kann durch einen einfachen Versuchsaufbau nachgewiesen werden. Dafür mischt man eine Glucose-Lösung mit einer Hefe-Suspension in einem verschlossenen Gefäß. Da Hefepilze unter Sauerstoffausschluss Glucose zu Ethanol und CO₂ abbauen, kann man die Menge des entstehenden CO₂ messen. Die Bilanzgleichung der alkoholischen Gärung lautet: C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 P → 2 Ethanol + 2 ATP + 2 CO₂
Der Vergleich zwischen Milchsäuregärung und Zellatmung zeigt deutliche Unterschiede: Während die Zellatmung in Mitochondrien unter Sauerstoffverbrauch bis zu 32 ATP liefert, findet die Gärung im Cytoplasma ohne Sauerstoff statt und erzeugt nur 2 ATP. Diese Effizienzunterschiede sind ein typisches Thema in Klausuraufgaben zum Stoffwechsel.
Prüfungstipp: Achte bei Klausuren zur Enzymatik besonders auf die Reaktionsbedingungen und Stoffwechselwege der verschiedenen Gärungsarten!
Die Fotosynthese ist der Stoffwechselweg von Zellen mit Chloroplasten, bei dem energiearme anorganische Stoffe (CO₂, H₂O) in energiereiche organische Stoffe (Glucose) umgewandelt werden. Sie steht in einem Kreislauf mit der Zellatmung und ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde.
Im Querschnitt eines Laubblattes erkennt man die spezialisierte Struktur für die Fotosynthese. Die obere Epidermis ist von einer Cuticula zum Schutz vor Austrocknung bedeckt. Darunter liegt das Palisadengewebe mit vielen Chloroplasten, gefolgt vom Schwammgewebe mit großen Interzellularen für den Gasaustausch. In der unteren Epidermis befinden sich die Stomata (Spaltöffnungen), die von Schließzellen umgeben sind und den CO₂-Eintritt sowie den O₂-Austritt regulieren.
Die Chloroplasten sind die eigentlichen Orte der Fotosynthese. Hier wird Lichtenergie absorbiert und in chemische Energie umgewandelt. Anschließend wird CO₂ zu Glucose aufgebaut, die dann zur Energiegewinnung oder als Baustoff für andere Biomoleküle verwendet werden kann.
Versuchstipp: Für Experimente zur Fotosynthese in der Oberstufe eignet sich besonders die Wasserpest gut, da man die Sauerstoffproduktion anhand aufsteigender Bläschen direkt beobachten kann!
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Die Fotosyntheserate lässt sich durch die Messung der O₂-Bildung oder der CO₂-Aufnahme bestimmen. Ein einfaches Photosynthese-Experiment für Schüler verwendet Wasserpflänzchen, bei denen man die Sauerstoffbläschen zählen kann. Bei steigender Lichtintensität erhöht sich die Fotosyntheserate und damit die Anzahl der O₂-Bläschen, da die Pflanze mehr CO₂ aufnehmen und verstoffwechseln kann.
Ein klassisches Van Helmont Experiment zur Fotosynthese verwendet panaschierte Blätter, die sowohl grüne Bereiche mit Chlorophyll als auch weiße Bereiche ohne Chlorophyll aufweisen. Wenn man Teile eines solchen Blattes mit Alufolie abdeckt und das Blatt 24 Stunden belichtet, kann man anschließend mit einem Stärkenachweis zeigen, dass nur in den unbedeckten grünen Blattbereichen Stärke gebildet wurde.
Mit diesem Experiment kann nachgewiesen werden, dass für die Fotosynthese sowohl Licht als auch Chlorophyll notwendig sind. Die Stärke entsteht dabei aus der bei der Fotosynthese gebildeten Glucose, die zu dem Polysaccharid verknüpft wird.
Merke: Bei der Vorbereitung auf die Biologie Stoffwechsel-Klausur in der Q1 sind praktische Versuchsaufbauten und ihre Auswertung besonders wichtig - sie kommen fast immer in Abituraufgaben vor!
Bei der Zellatmung gewinnt die Zelle Energie aus Glucose. Die Glykolyse beginnt im Cytoplasma, wo der C₆-Körper Glucose in zwei C₃-Körper Pyruvat umgewandelt wird. Dabei entstehen 2 ATP und 2 NADH+H⁺. Diese Phase benötigt keinen Sauerstoff und ist daher auch Bestandteil der Gärungsprozesse.
Nach der Glykolyse werden die Pyruvat-Moleküle in die Mitochondrienmatrix transportiert. Dort findet die oxidative Decarboxylierung statt, bei der aus jedem Pyruvat ein CO₂-Molekül abgespalten wird und Acetyl-CoA entsteht. Dieser Schritt verbindet die Glykolyse mit dem nachfolgenden Citratzyklus.
Im Citratzyklus reagiert das Acetyl-CoA mit Oxalacetat zu Citrat. In mehreren enzymatischen Schritten wird weiteres CO₂ abgespalten und energiereiche Moleküle wie NADH+H⁺, FADH₂ und ATP werden gebildet. Am Ende regeneriert sich das Oxalacetat und der Zyklus kann von neuem beginnen.
Tipp für deine Bio LK Klausur: Zellatmung ist ein komplexer Stoffwechselvorgang - zeichne dir die einzelnen Schritte als Übersicht auf, um den Überblick für Klausuraufgaben zur Zellatmung zu behalten!
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Die Atmungskette findet an der inneren Mitochondrienmembran statt. Hier werden die Elektronen von NADH+H⁺ und FADH₂ über vier Multienzymkomplexe transportiert. Am Ende reagieren sie mit Sauerstoff und Protonen zu Wasser (die sogenannte "Knallgasreaktion"). Die dabei freigesetzte Energie wird zum Aufbau von insgesamt 28 ATP-Molekülen genutzt.
Milchsäurebakterien sind obligate Gärer, weil ihnen die Atmungskette fehlt. Sie können nur unter anaeroben Bedingungen durch die Vergärung von Glucose Energie gewinnen. Dies macht sie zu wichtigen Enzymen in Lebensmitteln wie Sauerteig oder Joghurt.
Hefen dagegen sind fakultative Gärer. Sie können sowohl unter aeroben Bedingungen (mit Sauerstoff) als auch unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) Energie gewinnen. Zudem können sie mit speziellen Enzymen Maltose in zwei Glucose-Moleküle spalten, was ihre Vielseitigkeit erhöht.
Praxisbezug: Die Wirkung von Enzymen im Alltag begegnet dir überall - von der Brotherstellung mit Sauerteig über alkoholische Getränke bis hin zu Enzymen in Waschmitteln, die Fett- und Eiweißflecken abbauen!
Die Milchsäuregärung ist ein wichtiger anaerober Stoffwechselweg, den viele Organismen nutzen. In der grafischen Darstellung sieht man, wie Glucose durch die Glykolyse zu Pyruvat abgebaut wird, wobei 2 ATP gewonnen und 2 NAD⁺ zu NADH+H⁺ reduziert werden.
Das besondere an der Milchsäuregärung ist der zweite Schritt: Das entstandene Pyruvat wird durch die Oxidation der NADH+H⁺-Moleküle zu Lactat reduziert. Dabei werden die NADH+H⁺-Moleküle wieder zu NAD⁺ oxidiert. Dieser Prozess ist wichtig für Enzyme im Stoffwechsel, denn nur so kann NAD⁺ regeneriert und die Glykolyse fortgesetzt werden.
Warum kann Pyruvat nicht als Endprodukt dienen? Ohne die Regeneration von NAD⁺ würde die Glykolyse zum Erliegen kommen, da dieser Elektronenakzeptor für die weitere Oxidation von Glucose benötigt wird. Die Umwandlung zu Lactat ist also ein Notfallprogramm der Zelle, um auch ohne Sauerstoff zumindest etwas Energie (2 ATP pro Glucose) zu gewinnen.
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Zellatmung und Milchsäuregärung unterscheiden sich in wesentlichen Punkten. Die Zellatmung findet bei heterotrophen Lebewesen statt, die Sauerstoff einatmen, wie wir Menschen. Sie läuft in Mitochondrien und teilweise im Cytoplasma ab und benötigt Glucose, Sauerstoff und ADP+P. Als Produkte entstehen CO₂, H₂O und ATP, wobei der Energiegewinn beeindruckende 32 ATP pro Glucose-Molekül beträgt.
Die Milchsäuregärung hingegen wird von Milchsäurebakterien durchgeführt und findet ausschließlich im Cytoplasma statt. Sie benötigt Glucose und ADP+P, jedoch keinen Sauerstoff. Als Produkte entstehen Lactat und ATP, wobei nur 2 ATP pro Glucose-Molekül gewonnen werden.
Für ein Experiment zur alkoholischen Gärung durch Hefepilze kann man einen einfachen Versuchsaufbau mit einem Kolben verwenden, der mit einem Stopfen verschlossen ist, damit kein Sauerstoff eindringen kann. Die Mischung aus Glucose-Lösung und Hefe-Suspension produziert CO₂, das über ein Messrohr aufgefangen und gemessen werden kann. Die Bilanzgleichung lautet: C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 P → 2 Ethanol + 2 ATP + 2 CO₂.
Anwendungsbeispiel: Die alkoholische Gärung findet nicht nur bei der Bier- und Weinherstellung Anwendung, sondern Enzyme in der Industrie nutzen diesen Prozess auch zur Herstellung von Bioethanol als Kraftstoff!
Bei der Zellatmung entstehen CO₂ und H₂O als Endprodukte. Interessanterweise stammt das CO₂ von der Glucose aus der Nahrung, während das H₂O den eingeatmeten Sauerstoff enthält. Dies geschieht, weil im Citratzyklus enzymatisch CO₂ vom Pyruvat abgespalten wird, während der eingeatmete Sauerstoff in der Atmungskette mit Elektronen und Protonen zu Wasser reagiert.
Die Fotosynthese ist der Stoffwechselweg von Zellen mit Chloroplasten, bei dem energiearme anorganische Stoffe aufgenommen und energiereiche organische Stoffe gewonnen werden. Sie steht mit der Zellatmung in einem Kreislauf: Was die eine als Produkt freisetzt, braucht die andere als Edukt.
Bei einem Photosynthese-Experiment mit Kindern kann die Sauerstoffproduktion in Abhängigkeit von der Lichtintensität untersucht werden. Die Hypothese lautet: Je höher die Lichtintensität, desto mehr CO₂ kann die Pflanze aufnehmen und umsetzen, wodurch mehr O₂ entsteht. In einem Diagramm würde die Anzahl der O₂-Bläschen mit steigender Lichtintensität zunehmen, bis ein Sättigungspunkt erreicht ist.
Praxistipp für Versuche: Ein klassisches Photosynthese-Experiment für die Schule nutzt Wasserpest in einem Wasserglas, wobei man die Sauerstoffbläschen unter verschiedenen Lichtbedingungen zählt!
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Das Van Helmont Experiment mit panaschierten Blättern ist ein faszinierendes Beispiel für die wissenschaftliche Untersuchung der Fotosynthese. Bei diesem Versuch werden Teile eines Blattes, das sowohl grüne als auch weiße Bereiche hat, mit Alufolie abgedeckt und dann 24 Stunden stark belichtet.
Nach der Belichtung wird ein Stärkenachweis durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, dass nur in den unbedeckten grünen Bereichen des Blattes Stärke nachgewiesen werden kann. Die Erklärung des Van Helmont Experiments liegt darin, dass für die Fotosynthese sowohl Licht als auch Chlorophyll notwendig sind. In den weißen Bereichen fehlt das Chlorophyll, während in den abgedeckten Bereichen kein Licht hingelangt.
Die Fragestellung dieses Experiments könnte lauten: "Findet Fotosynthese nur in belichteten, chlorophyllhaltigen Bereichen statt?" oder "Welche Faktoren sind für die Bildung von Glucose durch Fotosynthese notwendig?". Durch die Umwandlung von Glucose in Stärke kann die Fotosyntheseleistung sichtbar gemacht werden.
Praktischer Tipp: Für dein Wasserpest-Fotosynthese-Versuch kannst du ein Arbeitsblatt erstellen, das die Abhängigkeit der Bläschenbildung von verschiedenen Faktoren wie Lichtintensität, Temperatur oder CO₂-Konzentration untersucht!
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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.
Stefan S
iOS user
Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.
Samantha Klich
Android user
Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.
Anna
iOS user
Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!
Jana V
iOS user
Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!
Lena M
Android user
Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️
Timo S
iOS user
Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!
Sudenaz Ocak
Android user
Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.
Greenlight Bonnie
Android user
Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼
Julia S
Android user
Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!
Marcus B
iOS user
Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben
Sarah L
Android user
Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.
Hans T
iOS user
Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.
Stefan S
iOS user
Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.
Samantha Klich
Android user
Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.
Anna
iOS user
Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!
Jana V
iOS user
Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!
Lena M
Android user
Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️
Timo S
iOS user
Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!
Sudenaz Ocak
Android user
Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.
Greenlight Bonnie
Android user
Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼
Julia S
Android user
Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!
Marcus B
iOS user
Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben
Sarah L
Android user
Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.
Hans T
iOS user
