Lernzettel: Stoff- und Energiebereitstellung

Alternativer Bildtext:

die Schließzellen entspannen sich und verschließen die Spaltöffnungen. außen unten 11 Öffnen Schließen Zellwand Zellinnenraum (Plasma) Nebenzelle Schließzelle Spaltöffnung C Durch die ungleich verdickten Zellwände erfolgt bei Turgoränderung(Turgor = Innendruck) eine Gestaltänderung der Schließzellen. Diese bewirkt, dass sich bei Turgorzunahme die Spaltöffnung öffnet, bei Turgorabnahme aber schließt. Der Turgor ändert sich durch lonenbewegung zwischen der Schließzellen(SZ) und der Nebenzellen(NZ): a) Beim Öffnen der Spaltöffnungen werden lonen von der NZ aktiv in die Vakuolen der Schließzellen gepumpt; Wasser strömt aufgrund der Osmose nach. Dadurch steigt der Turgor, die SZ krümmen sich und geben die Spaltöffnung frei. b) Beim Schließen strömen lonen aus den Vakuolen der SZ in die NZ; Wasser strömt osmotisch nach. Dadurch sinkt der Turgor, die SZ entspannen sich und verschließen die Spaltöffnung. *Wasserdampf kann durch die Spaltöffnungen kontrolliert verdunsten (= Transpiration), wodurch Wasser und Salze aus den Wurzeln nachfließen kann (Kapillaradhäsion POLE Öffnen: lonen werden von den Nebenzellen aktiv in die Vakuolen der Schließzellen gepumpt, Wasser strömt aufgrund der Osmose nach. Der Innendruck (Turgor) steigt, die Schließzellen krümmen sich und geben die Spaltöffnung frei. geöffneter Spalt 2 Die Zellwände der Schließzellen sind an der dem Spalt zugewandten Seite verdickt, an der dem Spalt abgewandten Seite dünner. Das ermöglicht die Krümmung bei steigendem Turgor Schließzelle Epidermiszelle Chloroplast Zellkern ***Regulation der Spaltöffnungen in Abhängigkeit von Wasser (Verhungern vs. Verdursten = weniger Glucose(PS), weniger Wasserverlust vs. mehr Glucose(PS), mehr Wasserverlust) Trockenheit: Spaltöffnungen schließen sich um Wasserverlust zu vermeiden, d.h. aber auch die Aufnahme von CO2 sinkt und damit die PS-Leistung Wassertransport: Kapillarkräfte, Sog, Diffusion Blatt Spross Xylem- Wurzel Interzellularraum Schließzelle Epidermiszelle Wasseraufnahme - Wasser aus dem Boden wird osmotisch über die Wurzelhaarzellen aufgenommen (Deplasmolyse d.h. osmotischer Druck der Zelle muss höher als der des Bodens sein) - über die Wurzelzellen und die Endodermis gelangt das Wasser ins Xylem (Wasser und Mineralstoffe werden durch selektiv permeable Membrane und die Endodermiszellen mit ihrem Zellplasma und Caspary-Streifen in den seitlichen Zellwänden transportiert) Wassertransport in den Xylemgefäßen wird das Wasser mithilfe von Kapillarkräften durch die Sprossachse bis in die Blattadern gesaugt *Kapillarkräfte bewirken das Verhalten von Flüssigkeiten bei Kontakt mit Kapillaren(= sehr enge Röhren, Spalten oder Hohlräume). Durch Wechselwirkung zwischen Oberflächen- spannung der Flüssigkeit (Kohäsion) und Anziehung zwischen Flüssigkeit und festen Oberfläche (Adhäsion). - verstärkt durch den Transpirationssog wird Wasser aus den Blattadern in die Blattzellen und Interzelluarräume gezogen, ebenso wird die Wassersäule durch das Xylem weiter aufwärts gezogen Wasserabgabe Wasser Wasserdampf diffundiert aus den Interzellularräumen durch die Spaltöffnungen Wasser verdunstet durch die Zellwände der Blattzellen in die Interzellularräume. Der Transpirationssog zieht Wasser aus den Blattadern in die Blattzellen und Interzellularräume... 3 ... und zieht die Wassersäule im Xylem aufwärts und nach außen in die Blattadern nach. Spaltöffnungen regulieren die Abgabe von Wasserdampf (Transpiration) und erzeugen dabei einen sogenannten Transpirationssog d.h. das abgegebene Wasser will durch neues Wasser ersetzt werden, welches aus dem Xylem gesogen wird *die Feuchtigkeitsdifferenz zwischen Blatt und Leitgefäße Luft ist für diese Verdunstung verantwortlich Kapillarkräfte unterstützen in den Xylemgefäßen den Wasserstrom nach oben Wasser gelangt osmotisch vom Boden in die Wurzelzellen und von da auch in das Xylem -Wurzelhaar -Bodenpartikel Wurzelquerschnitt Kambium- Siebröhren und Geleitzellen des Phloems Wurzelhaar Wurzelrinde Caspary Endodermis Streifen Endo- -Zentral- dermis zylinder Phloem Xylem Tüpfel-, Spiral-, Ring- gefäß des Xylems Wurzel Leitbündel Leitbündel Sprossachsen- epidermis Wurzelhaarzelle Caspary-Streifen Rhizodermis Endodermis Rindenzellen H₂O H₂O, Ionen Blatt mit den Gefäßen und Siebröhren Sprossachse, quer Phloem Mineralstotie Jonen) Licht Wurzel, quer Leitbündel Xylem Phloem Xylem Zentralzylinder H₂O, lonen CO₂ H₂O H₂O Zucker H₂O H₂O H₂O Mineralstoffe (lonen) Transport durch die Biomembran Phosphor PPP lipid doppel- schricht O !!!!!! einfache Diffusion Diffusion über über Diffusion Kanäle Carner NO₂ Ort hohes Konz Zer Ort niedr. Uans Primär aktiver Transport = ist der Transport einer Substanz entgegen des Konzentrationsgefälles unter Energieverbrauch. Cestopterama ATP POR 4 H+ niedrig Ht-law H+ NO₂™ NO₂- Fellinnenrauml Dell-/Cytoplooma H₂O ->Protorespumpe ADD+P ATP- H+ →niedrige Kont, H+ = durchlässig for Rotona NO₂ hohe NO₂-lana. Osmose (Plasmolyse und Deplasmolyse) Extrazellulares Milieu H+ H+ NO₂ Nitrat Carrier Htc-NO₂- H* hohe H+ - Mont. DHO 0000 sekundär alliver Transport primar aldives Transport Plasmolyse: Pflanzenzellen in hypertonischer Lösung(= höherer osmotischer Druck) wird Wasser aufgrund osmotischer Prozesse entzogen (in die Umgebung) → Cytoplasma und Vakoule schrumpfen zusammen niedrige No₂--Llona. 4 Extrazellulare Flussigkeit H+ H+ H+ + H+ hohe lontantration Wonten- tratam sefalle H> Womestationen Sekundär aktiver Transport = ist der, an die erleichterte Diffusion von lonen, gekoppelte Co-Transport von Stoffen. Da das Konzentrationsgefälle der lonen zunächst unter ATP-Verbrauch erzeugt wird, wird dabei indirekt Energie verbraucht (daher sekundär). H₂O **Diffusion = selbstständige Durchmischung von Teilchen bei Konzentrationsunterschied durch die brownsche Molekularbewegung *Osmose = einseitig gerichteter Diffusionsvorgang durch eine semipermeable Membran Deplasmolyse: Pflanzenzellen in hypotonischer Lösung(= geringerer osmotischer Druck) wird Wasser aufgrund osmotischer Prozesse hineingezogen (aus der Umgebung) → Cytoplasma und Vakoule dehnen sich wieder aus Standortanpassung an die Umweltfaktoren Licht und Wasserversorgung: (Sonnenblatt vs Schattenblatt, Xerophyten und Hygrophyten) Trockenpflanzen (= Xerophyten) Sonnenblatt Schattenblatt - Reduktion der Oberfläche: kleine schmale Blätter, Rollblätter, senkrechte Blattstellung - dicke glatte Cuticula: Wachsüberzug mehrschichtige Epidermis - wenige versenkte Spaltöffnungen evtl. tote Haare (Haarfilz) kleine Interzellularen Wasserspeichergewebe (z. B. bei Kakteen) tief-/weitreichende Wurzeln →wassersparend Sonnenblatt/ Sonnenpflanzen warme, lichtreiche Standorte kleine, aber zahlreiche Laubblätter dicke, wachsartige Cuticula um Wasserverdunstung zu minimieren hohe Zahl an Chloroplasten dickes Palisaden- und Schwammgewebe aufgrund der hohen Anzahl an Chloroplasten tiefe Wurzeln, um an möglichst viel Wasser aus tieferen Schichten zu gelangen Pflanzen gemäßigter Standorte (= Mesophyten) Siy - meist einschichtige Epidermis dünne Cuticula - mittelgroße Anzahl an Spaltöffnungen sowie mittelgroße Interzellulärräume 5 Schattenblatt/ Schattenpflanzen kühle, lichtarme Standorte große Laubblätter um möglichst viel Sonnenlicht einfangen zu können Sonneneinstrahlung auf Schattenpflanzen ist idR gering, dementsprechend auch eine dünne Cuticula deutlich weniger Chloroplasten dünnes Palisaden- und Schwammgewebe flache Wurzeln Feuchtpflanzen (= Hygrophyten) - größe Oberfläche: oftmals gewölbt Epidermiszellen einschichtige raue Epidermis meist keine Cuticula erhobene Spaltöffnungen evtl. lebende Haare große Interzellularen (Aerenchym) aktive Wasserausscheidung (Guttation) → transpirationsfördernd *Aufbau eines Blattes Wdh. Cuticula/Kutikula (lat. cutis = Haut) überzieht die Außenwände der Epidermis; besteht aus einer wasserundurchlässigen, hydrophoben Wachsschicht, die das Verdunsten von Wasser verhindert. Epidermis (griech. epi = über, derma: Haut) befindet sich zwischen Cuticula und Palisadengewebe; durchsichtig, es befinden sich keine Chloroplasten in der Epidermis, sodass Licht zu den Palisadengewebe durchkommt; die Zellwände der Epidermis verleihen dem Blatt Stabilität und schützen vor Außeneinflüssen Palisadengewebe: verortet zwischen Epidermis und Schwammgewebe; sehr reich an Chloroplasten, die für die Fotosynthese verantwortlich sind Schwammgewebe: zwischen Palisadengewebe und Kutikula; im Vergleich zum Palisadengewebe nur wenige Chloroplasten; Hauptfunktion: Steuerung des Gasaustausch -> CO₂ diffundiert ins Blatt, O₂ und H₂O Dampf heraus Schließzellen/Spaltöffnungen: befinden sich an der Blattunterseite in der Epidermis. Befindet sich wenig Wasser in der Zelle sind die Schließzellen geschlossen. Bei steigendem Wassergehalt öffnen sich die Schließzellen und geben Wasserdampf frei; Dafür strömt CO₂ ins Zellinnere Leitbündel: umgibt das Xylem (sorgt für Transport von Wasser) und das Phloem (sorgt für den Transport von gelößten Nährstoffen) durch die Pflanze; außerdem hat das Leitbündel eine Stützfunktion Bau und Funktion der Chloroplasten 1 μm Chloroplasten- hülle innere Membran äußere Membran Matrix = Stroma Granum - Chloroplastenhülle(Doppelmembran Lipidtröpfchen = äußere Chloroplastenmembran und Thylakoidmembran): Stofftransport - Grana-Thylakoide(Membrantaschen): Lichtreaktion der Photosynthese (Energiebindung; Licht wird in chemische Energie umgewandelt = ATP und NADPH/H+) Thylakoidinnenraum Stärkekorn Stromathylakoid ***Photosynthese findet ausschließlich in den Chloroplasten (griech. chloros = grün; plastos = geformt) der Pflanze statt. Vornehmlich im Palisaden-, aber auch im Schwammgewebe sind Chloroplasten enthalten. An der Unterseite des Blattes befinden sich Schließzellen, die den Austausch der Gase koordinieren. CO2 strömt von Außen in die Interzellulare ein. Das für die Photosynthese nötige Wasser transportiert die Pflanze von Innen über das Xylem in die Zellen. Der grüne Farbstoff Chlorophyll sorgt für die Absorption des Sonnenlichts. Ohne diese Energie kann die Photosynthese nicht ablaufen. Nachdem Kohlenstoffdioxid und Wasser in Sauerstoff und Glucose umgewandelt wurden, öffnen sich die Schließzellen und geben den Sauerstoff an die Umwelt ab. Die Glucose verbleibt in der Zelle und wird von der Pflanze u.a. zu Stärke umgewandelt. Stärke ist im Vergleich zur Glucose ein Polysaccharid und nur schwer löslich, womit auch bei starkem Wasserverlust die Stärke in der Pflanze verbleibt. Stroma(Grundsubstanz): Dunkelreaktion der Photosynthese (durch Enzyme; Fixierung von CO2 und Aufbau von Glucose) -> enthält Ribosome, Enzyme und ringförmige DNA 6 innere Membran äußere Membran Granum Stomathylakoid ***Biomasse 2) Die durch Photosynthese entstandenen Substanzen (Bruttophotosynthese); mit einem Energieinhalt (gespeicherte Sonnenenergie; Energieflußdiagramm). Der Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie bei der Photosynthese liegt bei etwa 5%; dies ist das Resultat einer Optimierung zwischen Speicherungseffizienz und Umwandlungsgeschwindigkeit. Thylakoid- -innenraum Matrix = Stoma Stärke Lipid- Ribosom tröpfchen DNA 0₂- Produktion Kompensations- punkt 0₂- Verbrauch 0₂- Produktion Kompensations- punkt 0₂- Verbrauch Kompensationspunkt 0,1 natürlicher Gehalt in der Atmosphäre Sättigungskurve und Methan (Treibhauseffekt). Bedingungen und Produkte der Fotosynthese 0,2 CO₂-Gehalt (%) hier auch der mikrobiellen Zersetzung (anaerobe Nahrungskette) abgestorbener Biomasse und der Kompensationspunkt 20 Sommertag Sommertag im Schatten in der Sonne 3) Gesamte Zellsubstanz von Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen, die als Rohprodukt in der Biotechnologie, zur Energiegewinnung, in der Land-, Forst- und Fischwirtschaft, zum Teil in besonderen Biomasse-Farmen (Energiefarmen, Algenfarmen [Algenkulturen, Nachweis der Fotosynthese A. Sauerstoffnachweis: Die Pflanze wird beleuchtet und abhängig der Lichtstärke steigen mehr oder weniger viele Sauerstoffbläschen auf. Man kann die Anzahl der BIJäschen pro Minute zählen oder man fängt den O2 auf und misst die Menge pro Zeiteinheit. *mit Wasserpflanzen gelingt der Nachweis am einfachsten B. Stärkenachweis: reelle Fotosynthese Meereswirtschaft]), gewonnen und verwertet wird. Außer der photosynthetischen Biomasseproduktion (vgl. Tab.) kommt Dieser Nachweis gelingt z. B. mit der lod-Stärke-Rekation. Stärke wird als Lösung oder Feststoff in eine lod-Lösung (meist lod-Kaliumiodid-Lösung = Lugol [?]'sche Lösung) gegeben. Diese verändert dann sofort ihre Farbe von fast farblos in dunkelblau bis schwarz. Sonnenblatt apparente Fotosynthese Assimilierung anorganischer Bestandteile eine wichtige Rolle zu (vgl. Tab.), vor allem im Hinblick auf den Kohlenstoffkreislauf, als Quellen und Senken für die Treibhausgase Kohlendioxid Beleuchtungs- stärke (10³ lux) Wie bestimme ich die PS-Rate? - Messung der Glucoseproduktion Messung des CO2 Verbrauchs Messung der O2 Produktion (häufig) Photosyntheserate in Abhängigkeit von abiotischen Faktoren: 0₂ Lichtintensität - Ohne Licht findet keine Fotosynthese (Lichtreaktion) statt; durch Zellatmung wird O2 verbraucht Schattenblatt mit steigender Lichtintensität steigt die PS-Leistung 0 - Lichtkompensationspunkt: O₂ Produktion (Fotosynthese) und O₂ Verbrauch (Zellatmung) gleichen sich aus (x=0) - PS-Leistung erreicht an bestimmtem Punkt eine Sättigung d.h.Chloroplasten arbeiten maximal (Sättigungskurve); ab hier bewirkt stärkere Beleuchtung keine PS-Steigerung mehr reelle Fotosynthese: gesamte stattfindende Sauerstoffproduktion unter Berücksichtigung der Zellatmung (Bruttosynthese = Nettosynthese + Atmung) apparente Fotosynthese: außen messbare Sauerstoffbilanz ohne Berücksichtigung der Zellatmung (Nettosynthese) 7 *Bei starker Beleuchtung kann das Licht tiefer ins Blatt eindringen, die dicken Sonnenblätter können das optimal ausnutzen (die vielen Chloroplasten können alle arbeiten). Bei schwacher Beleuchtung dringt das Licht nicht so tief ins Blatt ein, die dünnen Schattenblätter können es trotzdem ausnutzen und da weniger Zellen da sind, verbrauchen sie auch weniger O2 die O2-Bilanz ist bei geringer Lichtstärke besser. -Sauerstoff- bläschen Kohlenstoffdioxidkonzentration Ohne CO2 findet keine Fotosynthese (Dunkelreaktion) statt; durch Zellatmung wird O2 verbraucht - CO₂ Kompensationspunkt: O₂Produktion (Fotosynthese) und O₂ Verbrauch (Zellatmung) gleichen sich aus (x=0) 0,005-0,01% Verbrauch CO2-Konzentration in der Atmosphäre = 0,04% (400ppm) mit zunehmendem CO2 steigt die PS-Leistung; bis eine Sättigung erreicht ist =0,05-0,09% ab einer CO2-Konzentration von ca. 1% sterben die meisten Pflanzen ab 25- *In Abhängigkeit von der einfallenden Lichtmenge ist die photosynthetische CO2-Assimilation lichtlimitiert bzw. CO2-limitiert. Optimumskurve 0₂- Produktion JA Schwachlicht! 0 -10 10 20 30 40 50 Starklicht Temperatur wieder 6 CO2 + 6H₂O Kohlenstoffdioxid + Wasser Bruttosynthesegleichung: photosynthetische CO-Assimilation (mmol m's] 20 Licht Chlorophyll 15- 10- 8 5 0 -5 Summengleichung der Fotosynthese (Wort- und Reaktionsgleichung): Nettosynthesegleichung: licht- limitiert Temperatur - mit steigender Temperatur steigt die PS-Leistung; RGT-Regel = je höher die Temperatur, desto schneller verlaufen chemische Reaktionen (Erhöhung um 10°C verdoppelt bis vervierfacht die Reaktionsgeschwindigkeit) - PS-Leistung erreicht zwischen 20-30°C ihr Temperaturoptimum; danach sinkt die PS-Leistung - bei hohen Temperaturen kann keine Fotosynthese (°C) (Dunkelreaktion: enzymatische Reaktion →→ Denaturierung) mehr stattfinden ***Bei ,,Schwachlicht" laufen die Lichtreaktionen nur langsam ab. Eine Steigerung der enzymatischen Tätigkeit durch Temperaturerhöhung kann den Stoffumsatz der Dunkelreaktion mangels ausreichender Energie- und Reduktionsäquivalente nicht erhöhen: Der chemische Bereich wirkt als Engpass der PS-Rate. Bei hoher Beleuchtungsstärke und damit großem Angebot an ATP und reduktionsbereitem Wasserstoff ist die Glucoseherstellung abhängig von der Umsatzgeschwindigkeit der Enzyme (Katalysatoren) der Dunkelreaktion. Diese nimmt aber mit steigender Temperatur gemäß der RGT-Regel zu. Daher ist im Starklicht bei niedriger Temperatur die enzymatische Umwandlung der Engpass. (+ Wasser, Wellenlängen) Dunkelatmung CO₂-limitiert Lichtkompensationspunkt (CO₂-Verbrauch CO₂-Bildung) 200 400 600 800 1000 absorbiertes Licht (Lichtfluß, Fluenzrate) [moim s ¹1 Glukose C6H12O6 + 6 02 + Sauerstoff 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6H₂O *Die zusätzlichen 6 H₂O in der Bruttogleichung werden (auf der rechten Seite) in der Primärreaktion gespalten und entstehen (auf der linken Seite) als Nebenprodukt im Calvinzyklus. Es handelt sich also nicht um die selben H₂O Moleküle. Bedeutung der Blattfarbstoffe Farbstoffpigmente: a) das primäre Photopigment Chlorophyll a b) akzessorische Pigmente Chlorophyll b und B-Carotin Photopigmente sind in der Lage Energie in Form von Licht zu absorbieren, um damit Elektronen anzuregen und die Folgeprozesse der PS zu starten. Absorptionsspektrum der Blattfarbstoffe: Das Wirkungsspektrum der PS ergibt sich durch die Absorption der Blattfarbstoffe. Abhängigkeit der PS-Rate von der Lichtqualität: 1m (10 nm) 105mm 10 mm 1 nm 10³nm 10 nm Gamma- Röntgen- strahlen strahlen 400 O UV *Möglichkeiten des Lichts: Infrarot sichtbares Licht 500 A. Absorption "geschluckt" B. Transmission "hindurchgelassen" C. Reflexion "zurückgeworfen" (sichtbar) 380 nm 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 700 nm 750 nm Wellenlänge nimmt zu Energie nimmt zu Mikro- wellen O 10³ m Radio- wellen 600 Wellenlänge (nm) 700 Absorption (%) 9 100+ 80 60 40 20 0 400 Absorptions- spektren 500 Chlorophyll a Chlorophyll b Carotinoide 600 Wellenlänge (nm) Engelmannscher Bakterienversuch Wirkungsspektrum (Fotosyntheserate) + 100 700 80 60 40 20 0 Aufbau: ein Algenfaden zusammen mit Sauerstoff liebenden Bakterien werden mit dem Spektrum des sichtbaren Lichts beleuchten. Beobachtung: die Bakterien versammelten sich vorwiegend an Stellen des Algenfadens, der mit rotem oder blauem Licht bestrahlt wurde. Fotosyntheserate (% der Rate bei 670 nm) Erklärung: die Alge konnte bei rotem und blauem Licht besonders gut Fotosynthese betreiben; demnach auch besonders viel Sauerstoff abgeben. Erkenntnis: die Photosyntheseleistung ist in Abhängigkeit von der Lichtqualität (d.h. von den Wirkungsspektrum der Fotosynthese Wellenlängen des Licht: Farbe des Lichts) Blaues Licht(450nm) und rotes Licht(650nm) wird von den Chloroplasten absorbiert und in Energie umgewandelt, grünes bis gelbes Licht(500-600nm) wird von den Blätter reflektiert und verleiht ihnen daher ihre für uns sichtbare Farbe. Photon Lichtsammelfalle strahlungslose Energieüber- tragung In der Thylakoidmembran befinden sich Farbstoffmoleküle, die mit einem Protein verbunden sogenannte Photosysteme bilden. Ein Photosystem besteht aus einer Lichtfalle und einem Reaktionszentrum, in dem ein Teil der PS stattfindet. Chlorophyll at im Reaktions- zentrum Elektronentransfer e Photosystem primärer Elektronen- akzeptor -Reaktionszentrum Lichtsammelfalle Reaktionszentrum Reaktion findet in den (Grana-)Thylakoiden statt; Experimentelle Aufklärung der Fotosynthese (Einfluss von Licht auf die Bildung von Glucose) Photolyse des Wassers mit Nachweis der Sauerstoffherkunft durch Isotopenmarkierung: Traecer-Methode: 6 Hz18O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6 1802 Ablauf der Fotosynthese Lichtabhängige Reaktion (Lichtreaktion): ... wandelt die Strahlungsenergie des Lichts in chemische Energie um. 2 H₂O + 2 NADP+ + 3 (ADP+P) O2 + 2 (NADPH+H+) + 3 ATP *man hat den Sauerstoff des Wassers radioaktiv markiert und nachweisen können, dass die Spaltung des Wassers für den Sauerstoff als Nebenprodukt verantwortlich ist Das Photosystem II spaltet H₂O um sein verlorenes e- zu ersetzen und hinterlässt dabei 1/2 O2 + 2 H+ *Die Lichtsammelfalle dient den Photosystemen der Lichtreaktion dazu, Lichtquanten verschiedenster Wellenlängen einzufangen. Durch diese Absorption werden Elektronen der beteiligten Moleküle auf ein hohes Energieniveau "gehoben"(angeregter Zustand) und diese Energie dann an drunterliegende Farbstoffmoleküle weitergegeben. Die gewonnene Energie wird an das Reaktionszentrum(einzelnes Molekül) weitergegeben, wodurch die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese beginnt. *** Photon = ein Quant Strahlungsenergie (= 1 Lichtpartikel). Die Strahlungsenergie eines Photons entspricht seiner Wellenlänge und wird in Joule gemessen. (nichtzyklischer Elektronentransport): e- wird letztendlich zur Umwandlung von NADP+ in NADPH/H+ genutzt 2 H+ werden durch die ATP Synthase zur Umwandlung von ADP+P in ATP genutzt Bedeutung der Coenzyme chloroplast 10 Licht Thylakoid-Stapel light H₂0 Licht, Foto stroma PSII H₂O lichtabhängig Licht 1/₂0₂ + 2H+ Plasto ghion PO H+ NADPH H+ NADP ADP W splex light H+ Plasto Zucker PSI Calvin- Zyklus lichtunabhängig | 6mal für PS-Gleichung CO₂ H+ Licht Carotinoide NADP Chlorophylle Chlorophyll a P700 X X X X X X X X H+ NADP. Foto Fert system1 doxin Reductase FO Chloroplast P+ADP » NADPH H+ H+ H+ ATP Stroma NADP thylakoid lumen (interior) NADPH ADP+P ATP synthase Anregungsenergie sinkt H₂O Adenosintriphosphat (ATP) und Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADP) I. ATP-System (= Adenosin-tri-phosphat) = universelles Energievermittlersystem der Zelle Adenin Ribose ATP (Adenosintriphosphat) = energiereiche Form *Mithilfe der ATP-Synthase (H+-lonen werden aus dem Thylakoid-Innenraum ins Stroma transportiert und setzen dadurch Energie frei) wird ADP+P in die energiereiche Form ATP umgewandelt. NADPH/H+ (reduzierte Form) = energiereiche Forn NADPH+H ATP II. NADP-System (= Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat) = Redox-Kurzzeit-Energiespeicher; der durch 02 wieder oxidiert werden kann ADP+ P NADPA Ribulose-1,5-bisphosphat steht wieder für die CO₂- Fixierung zur Verfügung. Potential Energy CO₂ Oxidation: e-- Abgabe (hier Abgabe von Wasserstoffatomen*) Reduktion: e-- Aufnahme (hier Aufnahme von Wasserstoffatomen*) ***Die oxidierte Form, das NADP+, kann zwei Elektronen und ein Proton aufnehmen und wird dann zur reduzierten Form NADPH. Genau genommen wird durch das Coenzym NADP+ nicht WasserstoffH transportiert, sondern ein Hydrid-lonH-. Lichtunabhängige Reaktion (Dunkelreaktion): ... wandelt unter ATP und NADPH/H+ Verbrauch CO2 in Glucose um. 6 CO2 + 12 (NADPH+H+) + 18 ATP Zucker 6 Cs P ●●●●● P Ribulose-1,5-bisphosphat 6 ADP 6 ATP Der Rest des 3-Phosphoglycerin- aldehyds wird unter ATP-Verbrauch zu Ribulose-1,5-bisphosphat umgewandelt. Ein Sechstel des 3-Phosphoglycerinaldehyds wird zur Synthese von Zucker abgezweigt. Regeneration 10 COP 3-Phosphoglycerin- aldehyd (PGA) CO₂-Fixierung Calvinzyklus ADP (Adenosindiphosphat) + P (Phosphat) = energiearme Form 1 C Glucose NADP+ (oxidierte Form) + 2 e + 2 H+ =energiearme Form Free Energy 12 C, P 3-Phosphoglycerat (PGS) Reduktion 2 C₂000 P 3-Phosphoglycerin- aldehyd (PGA) C6H12O6 + 12 NADP+ + 6 H₂O + 18 (ADP+P) Das Enzym Rubisco bildet aus Ribulose-1,5-bisphosphat und Co. 2 Moleküle 3-Phosphoglycerat. Phosphat 11 12 NADPH +12H* 12 ATP 12 C₂-P 3-Phosphoglycerin- aldehyd (PGA) reduziert. 12 ADP 12 P 12 NADP+ 3-Phosphoglycerat wird zu 3-Phosphoglycerinaldehyd H₂O2 e-+ 1/2 O2 + 2 H+ Reaktion findet im Stroma statt; Experimentelle Aufklärung der Fotosynthese (Einfluss von Licht auf die Bildung von Glucose) (Calvinzyklus unter Verwendung der Strukturformeln von PGS, PGA und Glucose) Zusammenwirken von lichtabhängiger Reaktion und lichtunabhängiger Reaktion (örtliche Trennung/Schema) Licht *** Lichtabhängige Reaktion Thylakoid Chlorophyll Redoxsysteme 2 H₂O 2 NADP+ 2 NADPH + H+ 3 ADP + 3 P 3 ATP Lichtunabhängige Reaktion CO₂ 12 Stroma Enzyme 1/6 C₂H₁₂O6 Dissimilation (Katabolismus) = Umwandlung körpereigener energiereicher Stoffe in körperfremde energieärmere Stoffe (Energiegewinnung)