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Ökologie Übersicht

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 C3. C₁ und CAM Pflanze
C3-Pflanze erste Stabile Produkt der CO₂-Fixierung ist 3-Phospnoglycerat (mit 3 kohlenstoffatomen)
Cu-Pflanze erstes
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C3. C₁ und CAM Pflanze C3-Pflanze erste Stabile Produkt der CO₂-Fixierung ist 3-Phospnoglycerat (mit 3 kohlenstoffatomen) Cu-Pflanze erstes stabile Produkt der CO₂-Fixierung ist Oxalessigsaure (Dicarbonsaure mit 4 Kohlenstoffatomen) → Phosphoenylpyruvat dient als CO₂-Akzeptor →Fixierung durch PEP-Carboxylase (hat höhere Affinität zu CO₂ als Rubisco) Mesophyllzellen dort wird in hoher Konzentration an Bündelscheidezelle weitergegeben, wo Calvin Zyklus mit Rubisco arbeitet →Fotosynthese kann trotz geschlossener Spaltöffnung stallfinden CAM-Pflanze → Fixierung durch PEP-Carboxylase an Pyruvat bei Fixierung entsteht Apfelsäure (Malat), gespeichert in Vakuole → pH-Wert sinkt nachts →Malat zu CO₂ abgebaut und in Calvin Zyklus tagsüber eingeschleust → Fotosynthese kann trotz geschlossener Spaltöffnung stattfinden M2 Fotosynthesewege bei C4- und CAM-Pflanzen C4-Pflanzen Mesophyll- zelle PEP- Carboxylase Oxalacetat Bündel- scheiden- zelle ADP ATP 88 Malat CO₂ PEP Pyruvat CALVIN Zyklus Zucker Leitbündel- gefäße CO₂ CAM-Pflanzen Malat Vakuole Meso- phyll- Malat zelle CO₂ CALVIN Zyklus Zucker CO₂ PEP ) M3 Merkmale bei C-, CAM- und C3-Pflanzen Merkmal C3 optimale Temperatur (°C) 15-25 CO₂-Kompensationspunkt (µl/1) Wasserbedarf für 1 g Trockengewicht (ml) Wachstumsrate (Ig Trockengewicht/ dm².Tag) Maximalrate der CO₂-Assimilation (mg CO₂/dm² h) - 50 450-950 250-350 0,5-2 15-35 Affinitäten beteiligter Enzyme für CO₂ Mesophyll PEP-Carboxylase: C4 30-45 C₁ 5 ATP 3 NADPH 40-80 Leitbündelscheide RudP-Carboxylase: CAM - 35 5-50 3-5 0,01-0,02 50-55 0,5-0,7 hoch niedrig ATP-, NADPH- und NADH-Bedarf für ein Mol CO₂ C3 CAM 3 ATP 2 NADPH 4 ATP 2 NADPH I NADH Glossar Autokologie Teilgebiet der Ökologie, das sich mit dem einzelnen Organismus und den auf diesen wirkenden Umweltfaktoren befasst Populationsökologie Betrachtung einer ganzen Population 2.B. Alter und Wachstum, Sterberate, geschlechteranteil, Wechselwirkung mit der Umwelt Systemökologie: Teilgebiet das sich mit den ganzen Bereichen des Ökosystems wie z. B. Ernährungsstufen beschäftigt, bestent aus Biozonos e Lebensgemeinschaft aller im Biotop vorkommenden Organismen Biotop Ökosystem Zusammenspiel aus Biozonose und Biotop Biosphäre Gesamtheit aller Ökosysteme auf der...

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Erde Produzenten: autotrophe Organismen, die energiereiche Biomasse aus anorganischen Verbindungen gewinnen autotroph: Organismen, die energiearme anorganische Stoffe in energiereiche organische Stoffe synthetisieren heterotroph: organismen, die fremde, bereits vorhandene Stoffe / Energiequelle nutzen, um sich zu ernähren Destruenten Organismen, die tote, energiereiche, organische pflanzliche und tierische Substanzen in energiearme anorganische Stoffe wie konlenstoffdioxid, Wasser und Mineral unter Energiegewinn abbaut. konsumenten: heterotrophe Organismen, die sich von der Biomasse anderer Organismen ernähren Lebensraum einer Art / Lebewesens, der durch abiotische Faktoren eingegrenzt ist : Biotop + Biozonose Hrotische Faktoren →Was sind abiotische Faktoren? ↳ Sie sind die nicht belebten Bestandteile eines Okosystems, die mit anderen unbelebten und lebenden Elementen in Wechselwirkung und Interaktion stehen, die wichtigsten sind Tem eratur. Häufigkeit und Zusammensetzung des Wassers, Menge an licht, Beschaffenheit des Bodens : → Jedes Lebewesen hat bezüglich jedes der auf sie wirkenden abiotische Faktoren einen genetisch vorgegebenen Toleranzbereich → Präferendum: Bereich in dem das Lebewesen bevorzugt vorkommt → Pessima: Ungünstiger Bereiche, in denen es noch überlebt aber sich nicht fortpflanzen kann → Optimum: optimale Wert eines Umwelt faktors für das Vorkommen einer Art → physiologische potenz: legt dar, welche Ausprägungen ein bestimmter Umweltfaktor haben darf, sodass eine Art überleben und sich fortpflanzen kann. Alle anderen Umweltbedingungen werden ausgeblendet bzw. sind konstant. →ökologische Potenz: betrachtet die Ausprägung eines Umweltfaktors im tatsächlichen Okosystem, unter der sich eine Art verbreiten kann. Der Einfluss anderer Arten wird miteinbezogen. → stenok / Stenopotente Arten verfügen über kleinen lengen Toleranzbereich → euryök / Eurypotente Arten: verfügen über weiten / großen Toleranzbereich → Bioindikator / zeigeart: Eine Art, die bei einem Faktor besonders gut wächst und man so an anderen Orten den Faktor bestimmen kann. Abhangigkeit von Außenfaktoren •Absorptionsspektrum und Wirkungsspektrum →Blatfarbstoffe absorbieren in unterschiedlichem Maße Licht →Chlorophyll a absorbiert im blauen (400-440nm) und im roten [660 nm) Bereich →Chlorophyll b absorbiert im blauen (460-480 nm) und im roten (640-680 nm) Bereich → Fotosyntheserate bei uso und 680 nm am höchsten →nur absorbiertes Licht fotosynthetisch wirksam →Chlorophyll a = zentrale Fotosynthese pigment →Chlorophyll b und B-Carotin verringern Grünlücke = Antennenpigmente • Licht •Temperatur →bei noher Lichtintensität wird Fotosyntheserate von Temperatur bestimmt → enzymkatalysierte Reaktionen abhängig von Temperatur → trågt man Fotosynthese leistung gegen Temperatur auf → charakteristische Optimumkurve ↳ Minimum. Optimum, Maximum abhängig von Standort d. Pflanzenart → bei Starklicht steigt Fotosynthese bei zunehmender Temperatur an → fotochemische Reaktionen limitierend → kaum Temperatureinfluss → bei Schwachlicht kein Einfluss durch zunehmender Temperatur 80+ Minimumgesetz: 60 40- 20+ 0 400 Lichtabsorption [in %] Absorptionsspektrum (Blatt) 1 500 →Samtliche Faktoren wirken bei der Fotosynthese zusammen, wobei der am weitesten vom Optimum entfernte Faktor die Fotosyntheserate am meisten beeinflusst. →Pflanzen produzieren auch CO₂ bei der eigenen Zellatmung → Fotosynthese leistung hängt von Lichtintensität ab apparente Fotosyntheseleistung steigt proportional zur lichtintensitāt → ab bestimmten Lichtintensität führt auch keine weitere Intensität zur Steigerung der Fotosynthese leistung → Lichtsättigung bei geringen lichtintensitat überwiegt CO₂-Abgabe durch Zellatmung die fotosynthetische CO₂-Aufnanme Glicht kompensationspunkt zeigt lichtintensität bei der CO₂-Abgabe und CO₂-Aufnahme gleich sind → Schallenpflanzen geringen lichtkompensations und Sältigungspunkt → Sonnenpflanzen honen lichtkompensations und Sältigungspunkt Wirkungsspektrum der Fotosynthese (Blatt) Chlorophyll b Chlorophyll a B-Carotin Fotosyntheserate A [in % der Rate bei 670 nm] 600 1 I +120 +100 +80 Abb. 3.21: Absorptions- und Wirkungsspektrum im Vergleich 60 +40 20 700 Wellenlänge [in nm] chlocope Aufbau der Chloroplasten innere Membran ONA aüßere Membran Matrix/Stroma Ribosomen. Stärkekorn •Aufbau eines Laubblattes ;. ooo und سمعه Granum Thylakoid → Cuticula: Wachsschicht, behindert Wasseraustritt und stellt wirksamen Verdunstungsschutz dar → Palisadengewebe enthält Chloroplasten mit Chlorophyll → zuständig für Fotosynthese → Schwammgewebe dient gasaustausch → Stomata/Spaltöffnungen julieren Aufnahme von CO₂ und Abgabe von Wasserdampf + 0₂ → Epidermis verhindert Eindringen schädlicher Organismen · Sonnenblätter : viele Chloroplasten:enges.vielschichtiges Palisadengewebe, enges Schwamm- gewebe Schaltenblätter: wenig Chloroplasten, einschichtiges Palisadengewebe, lockeres Schwammgewebe Stromathylakoid Interzellulare B fb Spaltöffnung Schließzelle Cuticula obere Epidermis Palisaden- gewebe Schwamm- gewebe mit Leitbündel untere Epidermis Cuticula → Was sind biotische sind alle belebten Verbindung Biotische Faktoren Umweltfaktoren ? Elemente eines Ökosystems, die in Wechselwirkung und Interaktion stehen. zwischen Arten: interspezifisch → 2.B. Symbiose oder Räuber Beute Beziehung innerhalb einer Art : intraspezifisch →2.B. soziale Verbände oder sexual partner Konkurrenz ausschlussprinzip: Zwei Arten, welche die gleiche ökologische Nische besetzen, in direkter interspezifischer konkurrenz um wesentliche biotische und abiotische Faktoren stehen → koexistenz nicht möglich → dominierte Art muss nach Prinzip der Konkurrenz vermeidung ausweichen • ökologische Nische: Wechselwirkungskomplex zwischen einer Art und allen, für diese Art relevanten abiotische und biotische Umweltfaktoren, die das Überleben dieser Art beeinflussen. · Konkurrenzvermeidung: Arten weichen in andere ökologische Nischen aus, indem sie sich von anderen Nahrungen ernähren, ihre gewohnheit verändern oder ihren Lebensraum ändern Lotha Volterra Regeln → Beschreibung: Wie verändert sich die Zahl der Lebewesen von zwei Arten, die eine Räuber-Beute - Beziehung haben? → Bedingungen / Annahmen: über langen Zeitraum hinweg, die Arten haben keine anderen Räuber -Beute - Beziehungen und Vernachlässigung abiotischer und biotischer Umweltfaktoren 1. Periodische Populationsschwankungen →Größe der Population hängt von Anfangsbedingungen ab: Populationsgröße zu Beginn, Höhe der Wachstumsrate → Beutetiere erreichen immer zuerst Maximum → Räuber folgen 2. Konstanz der Mittelwerte →ØBeutetiere >Ø Räuber → Anfangsbedingungen unwichtig → Mittelwert der Populationsgroße bleibt langfristig gleich 3. Störung der Mittelwerte → Ereignis, dass beide Populationen gleich reduziert →nach Dezimierung : Millelwert der Räuberpopulation kurzfristig niedriger, Mittelwert der Beute population kurzfristig nöner (→erholt sich schneller) III Tolosynthese π Sichtabhängige Reaktion •nicht zyklischer Elektronentransport: durch Lichtabsorption im Fotosystem Anregung eines Elektrons des Chlorophylls P680 und auf höheres Energieniveau genoben +P680 gibt Elektron an primären Elektronen akzeptor ab → P680* → Lücke durch Elektron aus Wasser geschlossen → Enzymkomplex, der gekoppelt mit Fotosystem I ist, spaltet Wasser in Elektronen, Protonen & Sauerstoff ↳ H₂O → 2 H+2+1/20₂ →Fotolyse des Wassers → primäre Elektronenakzeptor des Fotosystems reduziert (e-Aufnahme), gibt Elektron an anderes Molekül ab (e-Abgabe) → zu neuer E-Aufnahme bereit auf weg zu Fotosystem I durchläuft Elektron eine Kette von Redoxsystemen durch Elektronsog nimmt zu & Energie d. Elektron nimmt ab ↳ Transport in einem Energiegefälle und füllt am Ende die Elektronenlücke im Chlorophyll-Molekul_P700* → Elektronen- transportkette → durch Licht wird im Fotosystem I eine Elektronenabgabe an primären Elektronenakzeptor →E-Abgabe an Redoxsystem D Thylakoidmembran Thylakoid- innenraum Energie der Elektronen Stroma Licht- energie primärer P680 Elektronen akzeptor Lichtenergie P6894 H₂O Fotosystem II 1 Energieschema der lichtabhängigen Reaktionen H₂O Fotolyse des Wassers O₂+ 2 H+ -Fotosystem II P680 0₂2+2 HD 2 H* nichtzyklischer Elektronentransport yklischer Elektronentransport -Redox- systeme Licht- energie Cy 2 H* Elektronen- transportkette primärer P700 Elektronen- akzeptor →Protonengradient dient ATP-Bildung → Protonen fließen durch kanal der ATP-Synthase in Richtung des Konzentrations gefalles ↳ frei werdende Energie genutzt um ADP+P zu ATP synthetisieren →Foto phosphorylierung →Es entstehen gleich viele ATP wie NADPH+H* → ATP wird gebraucht Lichtenergie. Protonentransport P700 Fotosystem I -Fotosystem I P700 NADP Reduktase- Elektronen ADP NADPT. Reduktase → Freigesetzte Elektronen vom Wasser durchlaufen Transportkelle und mit 2 Protonen auf NADPübertragen und mithilfe von NADP+-Reduktase entsteht NADPH +H* → durch NADP+-Reduktase Verringerung der Protonenkonzentration im Stroma & Konzen- tration im Thylakoid membran erhöht sich wegen Fotolyse des Wassers → Verstärkung des Konzentrations unterschied durch frei werdende Energie beim Elektronentransport →Protonen gegen das Konzentrationsgefälle in Thylakoid- membran gepumpt NADPH + H NADP+ 2 H nichtzyklischer Elektronentransport Redoxsystem | ATP | zyklischer Elektronentransport 2 NADPH + H NADP+ 2 H* -ATP-Synthase • zyklischer Elektronentransport +angeregte Elektronen von P700 auf Redoxsystem D gelangen über Elektronentransportkelte zu Redoxsystem B → fließen über Redoxsystem C zu P700 zurück →Protonen aus Stroma in Thylakoidmembran gepumpt → ATP Bildung zyklische Fotophospholierung 11.11 Telesynthese Lichtunabhängige Reaktion •Calvin Zyklus → Fixierung: Einbau von konlenstoffdioxid in ein organisches Molekul → Kohlenstoffdioxid an ein Zuckermolekül mit fünf C-Atomen → entstehender C6-Körper instabil → zerfällt in Molekůl mit drei → Rubisco: Enzym, das die Fixierung des kohlenstoffdioxids → Reduktion: C3-Körper in anderen C3-Körper umgewandelt Glucosebildung Produkte der Lichtabhängigen Reaktion benötigt dabei wird ATP verbraucht Licht Reaktionsgleichung: 6 CO₂ + 12 H₂0 chlorophyll C6H₁₂O6 + 6 0 ₂ + 6 H₂O Vergleich Vergleichsgegenstand Stoffbilanz Energiebilanz Form der ATP-Synthese C-Atomen Zellatmung Energiereiche Glucose und Sauerstoff werden in Wasser und CO2 umgewandelt Energie wird durch Oxidation der Glucose freigesetzt Konzentrationsausgleich der Protonen liegt der ATP-Synthese zugrunde. ATP-Synthase befindet sich in der Mitochondrienmembran 6 ADP 6 ATP Regenera- tion des CO₂- Akzeptors 100 NADPH+H* liefert Elektronen und ATP zusätzliche Energie → 2 von 12 C3-korpem → Bildung von Glucosemolekül 4 glucose kann in Form von nicht wasserlöslicher Stärke als Reservekonlenhydrat oder für Transport zu Saccharose umgebildet werden → Regeneration des Akzeptormolekuls → 10 restliche C3-Körper in mehreren Reaktionsschritten zu 6 C5-Akzeptoren gebildet 1 CALVIN-Zyklus CO₂ Rubisco Lichtenergie reduziert CO2 zu energiereicher Glucose Glucose Fixierung von CO₂ Reduktion Fotosynthese Energiearme MoleküleWasser und Kohelenstoff werden in Glucose und Sauerstoff umgewandelt 12 2 P -12 ATP 12 ADP + 12 (P -12 NADPH+H* 12 NADP+ (P) (chemisch umgewandelt) Konzentrationsausgleich der Protonen liegt der ATP-Synthese zugrunde. ATP-Synthase befindet sich in der Thylakoidmembran Glucosebildung Stroma I tellatmung 1. Glykolyse im Cytoplasma →in mehreren, enzymkatalysierten Reaktionen werden aus einem Glucose-Molekül (Co-Körper) →Bildung von 2 C3-Körper → pro Molekül glucose Bildung von zwei ATP und zwei NADH+H¹ 2.Oxidative Decarboxylierung in der Mitochondrienmatrix →Abspaltung von einem Kohlenstoffdioxid Molekül von jedem Pyruvat (C3 → (₂) → frei werdende Energie zur Bildung von NADH+H* genutzt → verbleibende C₂-Körper auf Coenzym A übertragen aktiviertes Acetyl-Coenzym A →wird gebunden an ein Akzeptor-Molekül mit 4 kohlenstoffatomen 3. Citratzyklus im Matrixraum der Mitochondrien →die beiden kohlenstoffatome des aktivierten C₂-Körpers vollständig zu konlenstoffdioxid gebildet → folgende Reaktionen bauen den übrig gebliebenen Cu-körper zum Akzeptormolekül um → 1 glucose (= 2 Molekule Brenztraubensäure 6 C0₂, 2 ATP, 8 NADH+H* und 2 FADH +H* 4. Atmungskette in und an der inneren Mitochondrienmembran →NADH+H* und FADH₂ 24, NAD* und FAD* oxidiert Glucose Reaktionsgleichung: C6H₁₂O6 + 60₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energle Glykolyse B-Oxidation Fettsäuren Brenz- traubensäure Cytoplasma äußere Mitochondrien- membran innere Mitochondrien- membran ATP Wasserstoff H* Acetyl-CoA H* (H* anaerob H H* Komplex I Zitronensäure- zyklus GTP Kohlenstoffdioxid H' H* -Komplex II H" NADH + H NAD + 2 H 2 Schema der Atmungskette und ATP-Bildung H* Komplex III FADH₂ FAD + 2 H H* H*) H* Wasserstoff Atmungskette H* aerob H" Sauerstoff Wasser H* Komplex IV H XXXXXXX ATP-Synthase- H* ATP H* Intermembran- ADP+ P 2 H* raum poooooo Matrix ATP| H₂O →die dabei abgegebenen Elektronen übertragen auf Enzymkomplexe in der inneren Mitochondrienmembran weiterleitung der Elektronen zum Sauerstoff Oz th tế + H20 → Energie der Elektronen wird von Enzymkomplexen genutzt → H*-lonen in Intermembranraum geschleust ↳ Konzentration der H₁-lonen im Intermembranraum ständig erhöht Entstehung eines konzentrationsgradienten zwischen Intermembranraum & Matrixraum → durch ATP-Synthasen (= spezielle Membranproteine) fließen H*-lonen zurück in Matrixraum ↳ Energie wird freigesetzt → Bildung von ATP aus ADP+P oxidative Phospholierung

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C3. C₁ und CAM Pflanze C3-Pflanze erste Stabile Produkt der CO₂-Fixierung ist 3-Phospnoglycerat (mit 3 kohlenstoffatomen) Cu-Pflanze erstes stabile Produkt der CO₂-Fixierung ist Oxalessigsaure (Dicarbonsaure mit 4 Kohlenstoffatomen) → Phosphoenylpyruvat dient als CO₂-Akzeptor →Fixierung durch PEP-Carboxylase (hat höhere Affinität zu CO₂ als Rubisco) Mesophyllzellen dort wird in hoher Konzentration an Bündelscheidezelle weitergegeben, wo Calvin Zyklus mit Rubisco arbeitet →Fotosynthese kann trotz geschlossener Spaltöffnung stallfinden CAM-Pflanze → Fixierung durch PEP-Carboxylase an Pyruvat bei Fixierung entsteht Apfelsäure (Malat), gespeichert in Vakuole → pH-Wert sinkt nachts →Malat zu CO₂ abgebaut und in Calvin Zyklus tagsüber eingeschleust → Fotosynthese kann trotz geschlossener Spaltöffnung stattfinden M2 Fotosynthesewege bei C4- und CAM-Pflanzen C4-Pflanzen Mesophyll- zelle PEP- Carboxylase Oxalacetat Bündel- scheiden- zelle ADP ATP 88 Malat CO₂ PEP Pyruvat CALVIN Zyklus Zucker Leitbündel- gefäße CO₂ CAM-Pflanzen Malat Vakuole Meso- phyll- Malat zelle CO₂ CALVIN Zyklus Zucker CO₂ PEP ) M3 Merkmale bei C-, CAM- und C3-Pflanzen Merkmal C3 optimale Temperatur (°C) 15-25 CO₂-Kompensationspunkt (µl/1) Wasserbedarf für 1 g Trockengewicht (ml) Wachstumsrate (Ig Trockengewicht/ dm².Tag) Maximalrate der CO₂-Assimilation (mg CO₂/dm² h) - 50 450-950 250-350 0,5-2 15-35 Affinitäten beteiligter Enzyme für CO₂ Mesophyll PEP-Carboxylase: C4 30-45 C₁ 5 ATP 3 NADPH 40-80 Leitbündelscheide RudP-Carboxylase: CAM - 35 5-50 3-5 0,01-0,02 50-55 0,5-0,7 hoch niedrig ATP-, NADPH- und NADH-Bedarf für ein Mol CO₂ C3 CAM 3 ATP 2 NADPH 4 ATP 2 NADPH I NADH Glossar Autokologie Teilgebiet der Ökologie, das sich mit dem einzelnen Organismus und den auf diesen wirkenden Umweltfaktoren befasst Populationsökologie Betrachtung einer ganzen Population 2.B. Alter und Wachstum, Sterberate, geschlechteranteil, Wechselwirkung mit der Umwelt Systemökologie: Teilgebiet das sich mit den ganzen Bereichen des Ökosystems wie z. B. Ernährungsstufen beschäftigt, bestent aus Biozonos e Lebensgemeinschaft aller im Biotop vorkommenden Organismen Biotop Ökosystem Zusammenspiel aus Biozonose und Biotop Biosphäre Gesamtheit aller Ökosysteme auf der...

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Erde Produzenten: autotrophe Organismen, die energiereiche Biomasse aus anorganischen Verbindungen gewinnen autotroph: Organismen, die energiearme anorganische Stoffe in energiereiche organische Stoffe synthetisieren heterotroph: organismen, die fremde, bereits vorhandene Stoffe / Energiequelle nutzen, um sich zu ernähren Destruenten Organismen, die tote, energiereiche, organische pflanzliche und tierische Substanzen in energiearme anorganische Stoffe wie konlenstoffdioxid, Wasser und Mineral unter Energiegewinn abbaut. konsumenten: heterotrophe Organismen, die sich von der Biomasse anderer Organismen ernähren Lebensraum einer Art / Lebewesens, der durch abiotische Faktoren eingegrenzt ist : Biotop + Biozonose Hrotische Faktoren →Was sind abiotische Faktoren? ↳ Sie sind die nicht belebten Bestandteile eines Okosystems, die mit anderen unbelebten und lebenden Elementen in Wechselwirkung und Interaktion stehen, die wichtigsten sind Tem eratur. Häufigkeit und Zusammensetzung des Wassers, Menge an licht, Beschaffenheit des Bodens : → Jedes Lebewesen hat bezüglich jedes der auf sie wirkenden abiotische Faktoren einen genetisch vorgegebenen Toleranzbereich → Präferendum: Bereich in dem das Lebewesen bevorzugt vorkommt → Pessima: Ungünstiger Bereiche, in denen es noch überlebt aber sich nicht fortpflanzen kann → Optimum: optimale Wert eines Umwelt faktors für das Vorkommen einer Art → physiologische potenz: legt dar, welche Ausprägungen ein bestimmter Umweltfaktor haben darf, sodass eine Art überleben und sich fortpflanzen kann. Alle anderen Umweltbedingungen werden ausgeblendet bzw. sind konstant. →ökologische Potenz: betrachtet die Ausprägung eines Umweltfaktors im tatsächlichen Okosystem, unter der sich eine Art verbreiten kann. Der Einfluss anderer Arten wird miteinbezogen. → stenok / Stenopotente Arten verfügen über kleinen lengen Toleranzbereich → euryök / Eurypotente Arten: verfügen über weiten / großen Toleranzbereich → Bioindikator / zeigeart: Eine Art, die bei einem Faktor besonders gut wächst und man so an anderen Orten den Faktor bestimmen kann. Abhangigkeit von Außenfaktoren •Absorptionsspektrum und Wirkungsspektrum →Blatfarbstoffe absorbieren in unterschiedlichem Maße Licht →Chlorophyll a absorbiert im blauen (400-440nm) und im roten [660 nm) Bereich →Chlorophyll b absorbiert im blauen (460-480 nm) und im roten (640-680 nm) Bereich → Fotosyntheserate bei uso und 680 nm am höchsten →nur absorbiertes Licht fotosynthetisch wirksam →Chlorophyll a = zentrale Fotosynthese pigment →Chlorophyll b und B-Carotin verringern Grünlücke = Antennenpigmente • Licht •Temperatur →bei noher Lichtintensität wird Fotosyntheserate von Temperatur bestimmt → enzymkatalysierte Reaktionen abhängig von Temperatur → trågt man Fotosynthese leistung gegen Temperatur auf → charakteristische Optimumkurve ↳ Minimum. Optimum, Maximum abhängig von Standort d. Pflanzenart → bei Starklicht steigt Fotosynthese bei zunehmender Temperatur an → fotochemische Reaktionen limitierend → kaum Temperatureinfluss → bei Schwachlicht kein Einfluss durch zunehmender Temperatur 80+ Minimumgesetz: 60 40- 20+ 0 400 Lichtabsorption [in %] Absorptionsspektrum (Blatt) 1 500 →Samtliche Faktoren wirken bei der Fotosynthese zusammen, wobei der am weitesten vom Optimum entfernte Faktor die Fotosyntheserate am meisten beeinflusst. →Pflanzen produzieren auch CO₂ bei der eigenen Zellatmung → Fotosynthese leistung hängt von Lichtintensität ab apparente Fotosyntheseleistung steigt proportional zur lichtintensitāt → ab bestimmten Lichtintensität führt auch keine weitere Intensität zur Steigerung der Fotosynthese leistung → Lichtsättigung bei geringen lichtintensitat überwiegt CO₂-Abgabe durch Zellatmung die fotosynthetische CO₂-Aufnanme Glicht kompensationspunkt zeigt lichtintensität bei der CO₂-Abgabe und CO₂-Aufnahme gleich sind → Schallenpflanzen geringen lichtkompensations und Sältigungspunkt → Sonnenpflanzen honen lichtkompensations und Sältigungspunkt Wirkungsspektrum der Fotosynthese (Blatt) Chlorophyll b Chlorophyll a B-Carotin Fotosyntheserate A [in % der Rate bei 670 nm] 600 1 I +120 +100 +80 Abb. 3.21: Absorptions- und Wirkungsspektrum im Vergleich 60 +40 20 700 Wellenlänge [in nm] chlocope Aufbau der Chloroplasten innere Membran ONA aüßere Membran Matrix/Stroma Ribosomen. Stärkekorn •Aufbau eines Laubblattes ;. ooo und سمعه Granum Thylakoid → Cuticula: Wachsschicht, behindert Wasseraustritt und stellt wirksamen Verdunstungsschutz dar → Palisadengewebe enthält Chloroplasten mit Chlorophyll → zuständig für Fotosynthese → Schwammgewebe dient gasaustausch → Stomata/Spaltöffnungen julieren Aufnahme von CO₂ und Abgabe von Wasserdampf + 0₂ → Epidermis verhindert Eindringen schädlicher Organismen · Sonnenblätter : viele Chloroplasten:enges.vielschichtiges Palisadengewebe, enges Schwamm- gewebe Schaltenblätter: wenig Chloroplasten, einschichtiges Palisadengewebe, lockeres Schwammgewebe Stromathylakoid Interzellulare B fb Spaltöffnung Schließzelle Cuticula obere Epidermis Palisaden- gewebe Schwamm- gewebe mit Leitbündel untere Epidermis Cuticula → Was sind biotische sind alle belebten Verbindung Biotische Faktoren Umweltfaktoren ? Elemente eines Ökosystems, die in Wechselwirkung und Interaktion stehen. zwischen Arten: interspezifisch → 2.B. Symbiose oder Räuber Beute Beziehung innerhalb einer Art : intraspezifisch →2.B. soziale Verbände oder sexual partner Konkurrenz ausschlussprinzip: Zwei Arten, welche die gleiche ökologische Nische besetzen, in direkter interspezifischer konkurrenz um wesentliche biotische und abiotische Faktoren stehen → koexistenz nicht möglich → dominierte Art muss nach Prinzip der Konkurrenz vermeidung ausweichen • ökologische Nische: Wechselwirkungskomplex zwischen einer Art und allen, für diese Art relevanten abiotische und biotische Umweltfaktoren, die das Überleben dieser Art beeinflussen. · Konkurrenzvermeidung: Arten weichen in andere ökologische Nischen aus, indem sie sich von anderen Nahrungen ernähren, ihre gewohnheit verändern oder ihren Lebensraum ändern Lotha Volterra Regeln → Beschreibung: Wie verändert sich die Zahl der Lebewesen von zwei Arten, die eine Räuber-Beute - Beziehung haben? → Bedingungen / Annahmen: über langen Zeitraum hinweg, die Arten haben keine anderen Räuber -Beute - Beziehungen und Vernachlässigung abiotischer und biotischer Umweltfaktoren 1. Periodische Populationsschwankungen →Größe der Population hängt von Anfangsbedingungen ab: Populationsgröße zu Beginn, Höhe der Wachstumsrate → Beutetiere erreichen immer zuerst Maximum → Räuber folgen 2. Konstanz der Mittelwerte →ØBeutetiere >Ø Räuber → Anfangsbedingungen unwichtig → Mittelwert der Populationsgroße bleibt langfristig gleich 3. Störung der Mittelwerte → Ereignis, dass beide Populationen gleich reduziert →nach Dezimierung : Millelwert der Räuberpopulation kurzfristig niedriger, Mittelwert der Beute population kurzfristig nöner (→erholt sich schneller) III Tolosynthese π Sichtabhängige Reaktion •nicht zyklischer Elektronentransport: durch Lichtabsorption im Fotosystem Anregung eines Elektrons des Chlorophylls P680 und auf höheres Energieniveau genoben +P680 gibt Elektron an primären Elektronen akzeptor ab → P680* → Lücke durch Elektron aus Wasser geschlossen → Enzymkomplex, der gekoppelt mit Fotosystem I ist, spaltet Wasser in Elektronen, Protonen & Sauerstoff ↳ H₂O → 2 H+2+1/20₂ →Fotolyse des Wassers → primäre Elektronenakzeptor des Fotosystems reduziert (e-Aufnahme), gibt Elektron an anderes Molekül ab (e-Abgabe) → zu neuer E-Aufnahme bereit auf weg zu Fotosystem I durchläuft Elektron eine Kette von Redoxsystemen durch Elektronsog nimmt zu & Energie d. Elektron nimmt ab ↳ Transport in einem Energiegefälle und füllt am Ende die Elektronenlücke im Chlorophyll-Molekul_P700* → Elektronen- transportkette → durch Licht wird im Fotosystem I eine Elektronenabgabe an primären Elektronenakzeptor →E-Abgabe an Redoxsystem D Thylakoidmembran Thylakoid- innenraum Energie der Elektronen Stroma Licht- energie primärer P680 Elektronen akzeptor Lichtenergie P6894 H₂O Fotosystem II 1 Energieschema der lichtabhängigen Reaktionen H₂O Fotolyse des Wassers O₂+ 2 H+ -Fotosystem II P680 0₂2+2 HD 2 H* nichtzyklischer Elektronentransport yklischer Elektronentransport -Redox- systeme Licht- energie Cy 2 H* Elektronen- transportkette primärer P700 Elektronen- akzeptor →Protonengradient dient ATP-Bildung → Protonen fließen durch kanal der ATP-Synthase in Richtung des Konzentrations gefalles ↳ frei werdende Energie genutzt um ADP+P zu ATP synthetisieren →Foto phosphorylierung →Es entstehen gleich viele ATP wie NADPH+H* → ATP wird gebraucht Lichtenergie. Protonentransport P700 Fotosystem I -Fotosystem I P700 NADP Reduktase- Elektronen ADP NADPT. Reduktase → Freigesetzte Elektronen vom Wasser durchlaufen Transportkelle und mit 2 Protonen auf NADPübertragen und mithilfe von NADP+-Reduktase entsteht NADPH +H* → durch NADP+-Reduktase Verringerung der Protonenkonzentration im Stroma & Konzen- tration im Thylakoid membran erhöht sich wegen Fotolyse des Wassers → Verstärkung des Konzentrations unterschied durch frei werdende Energie beim Elektronentransport →Protonen gegen das Konzentrationsgefälle in Thylakoid- membran gepumpt NADPH + H NADP+ 2 H nichtzyklischer Elektronentransport Redoxsystem | ATP | zyklischer Elektronentransport 2 NADPH + H NADP+ 2 H* -ATP-Synthase • zyklischer Elektronentransport +angeregte Elektronen von P700 auf Redoxsystem D gelangen über Elektronentransportkelte zu Redoxsystem B → fließen über Redoxsystem C zu P700 zurück →Protonen aus Stroma in Thylakoidmembran gepumpt → ATP Bildung zyklische Fotophospholierung 11.11 Telesynthese Lichtunabhängige Reaktion •Calvin Zyklus → Fixierung: Einbau von konlenstoffdioxid in ein organisches Molekul → Kohlenstoffdioxid an ein Zuckermolekül mit fünf C-Atomen → entstehender C6-Körper instabil → zerfällt in Molekůl mit drei → Rubisco: Enzym, das die Fixierung des kohlenstoffdioxids → Reduktion: C3-Körper in anderen C3-Körper umgewandelt Glucosebildung Produkte der Lichtabhängigen Reaktion benötigt dabei wird ATP verbraucht Licht Reaktionsgleichung: 6 CO₂ + 12 H₂0 chlorophyll C6H₁₂O6 + 6 0 ₂ + 6 H₂O Vergleich Vergleichsgegenstand Stoffbilanz Energiebilanz Form der ATP-Synthese C-Atomen Zellatmung Energiereiche Glucose und Sauerstoff werden in Wasser und CO2 umgewandelt Energie wird durch Oxidation der Glucose freigesetzt Konzentrationsausgleich der Protonen liegt der ATP-Synthese zugrunde. ATP-Synthase befindet sich in der Mitochondrienmembran 6 ADP 6 ATP Regenera- tion des CO₂- Akzeptors 100 NADPH+H* liefert Elektronen und ATP zusätzliche Energie → 2 von 12 C3-korpem → Bildung von Glucosemolekül 4 glucose kann in Form von nicht wasserlöslicher Stärke als Reservekonlenhydrat oder für Transport zu Saccharose umgebildet werden → Regeneration des Akzeptormolekuls → 10 restliche C3-Körper in mehreren Reaktionsschritten zu 6 C5-Akzeptoren gebildet 1 CALVIN-Zyklus CO₂ Rubisco Lichtenergie reduziert CO2 zu energiereicher Glucose Glucose Fixierung von CO₂ Reduktion Fotosynthese Energiearme MoleküleWasser und Kohelenstoff werden in Glucose und Sauerstoff umgewandelt 12 2 P -12 ATP 12 ADP + 12 (P -12 NADPH+H* 12 NADP+ (P) (chemisch umgewandelt) Konzentrationsausgleich der Protonen liegt der ATP-Synthese zugrunde. ATP-Synthase befindet sich in der Thylakoidmembran Glucosebildung Stroma I tellatmung 1. Glykolyse im Cytoplasma →in mehreren, enzymkatalysierten Reaktionen werden aus einem Glucose-Molekül (Co-Körper) →Bildung von 2 C3-Körper → pro Molekül glucose Bildung von zwei ATP und zwei NADH+H¹ 2.Oxidative Decarboxylierung in der Mitochondrienmatrix →Abspaltung von einem Kohlenstoffdioxid Molekül von jedem Pyruvat (C3 → (₂) → frei werdende Energie zur Bildung von NADH+H* genutzt → verbleibende C₂-Körper auf Coenzym A übertragen aktiviertes Acetyl-Coenzym A →wird gebunden an ein Akzeptor-Molekül mit 4 kohlenstoffatomen 3. Citratzyklus im Matrixraum der Mitochondrien →die beiden kohlenstoffatome des aktivierten C₂-Körpers vollständig zu konlenstoffdioxid gebildet → folgende Reaktionen bauen den übrig gebliebenen Cu-körper zum Akzeptormolekül um → 1 glucose (= 2 Molekule Brenztraubensäure 6 C0₂, 2 ATP, 8 NADH+H* und 2 FADH +H* 4. Atmungskette in und an der inneren Mitochondrienmembran →NADH+H* und FADH₂ 24, NAD* und FAD* oxidiert Glucose Reaktionsgleichung: C6H₁₂O6 + 60₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energle Glykolyse B-Oxidation Fettsäuren Brenz- traubensäure Cytoplasma äußere Mitochondrien- membran innere Mitochondrien- membran ATP Wasserstoff H* Acetyl-CoA H* (H* anaerob H H* Komplex I Zitronensäure- zyklus GTP Kohlenstoffdioxid H' H* -Komplex II H" NADH + H NAD + 2 H 2 Schema der Atmungskette und ATP-Bildung H* Komplex III FADH₂ FAD + 2 H H* H*) H* Wasserstoff Atmungskette H* aerob H" Sauerstoff Wasser H* Komplex IV H XXXXXXX ATP-Synthase- H* ATP H* Intermembran- ADP+ P 2 H* raum poooooo Matrix ATP| H₂O →die dabei abgegebenen Elektronen übertragen auf Enzymkomplexe in der inneren Mitochondrienmembran weiterleitung der Elektronen zum Sauerstoff Oz th tế + H20 → Energie der Elektronen wird von Enzymkomplexen genutzt → H*-lonen in Intermembranraum geschleust ↳ Konzentration der H₁-lonen im Intermembranraum ständig erhöht Entstehung eines konzentrationsgradienten zwischen Intermembranraum & Matrixraum → durch ATP-Synthasen (= spezielle Membranproteine) fließen H*-lonen zurück in Matrixraum ↳ Energie wird freigesetzt → Bildung von ATP aus ADP+P oxidative Phospholierung