Q2 Ökologie

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Artenvielfalt (z. B. durch weltweiten Tier- und Pflanzentransfer (Neobiota)) Arten- und Biotopschutz am Beispiel des ausgewählten Ökosystems Bioindikatoren (Prinzip) an einem Beispiel (Zeigerorganismen) abiotische Faktoren und deren Einfluss (Übersicht): Temperatur, Licht, Wasser, RGT- Regel, Toleranzkurven, physiologische und ökologische Potenz abiotische Faktoren - gehen Einflüsse nicht von anderen Lebewesen aus, sondern von der unbelebten Natur, nennt man diese abiotische Faktoren Temperatur - großer Einfluss - Wärme ist eine form von Energie & beeinflusst chemische Reaktionen innerhalb von Lebewesen - Temperaturegulierung = wechselwarme / poikilotherme Tiere : passen sich ständig der Außentemperatur an gleichwarme / homoiotherme Tiere : besitzen eine konstante Körpertemperatur = Klimaregeln Bergamnnsche Regel: gleichwarme Tiere einer Art oder nah verwandter Arten in verschiedenen Regionen unterscheiden sich in ihrer Größe Allensche Regel: Tiere einer Art oder nah verwandter Arten in verschiedenen Regionen unterscheiden sich in bestimmten Merkmalen / Proportionen = relative Länge von Körperanhängen ist in kalten Klimazonen geringer als in wärmeren Regionen Licht - mithilfe von Licht können Pflanzen Fotosynthese betreiben - verschiedene Pflanzen = verschiedene Anpassungen an Lichtverhältnisse = Schatten- & Sonnenpflanzen - Tiere sind an verschiedene Lichtverhältnisse angepasst = tag-, dämmerungs-, nachtaktiv Wasser - alle Lebewesen brauchen Wasser um zu überleben - Osmoregulation - = Steuern des Wasserhaushaltes = Tiere in trockenen Regionen - besitzen Anpassungen die gegen Austrocknen schützen = Lebewesen im Wasser = Osmoregulation große Bedeutung = ansonsten Salzhaushalt gestört - Winter Wasser wird durch Laubabwurf gespart RGT-Regel - ReaktionsGeschwindigkeitTemperatur Regel - Zusammenhang zwischen Temperatur & Reaktionsgeschwindigkeit - Reaktionen verlaufen bei einer Temperaturerhöhung 2-4 mal so schnell ab = auch Enzyme können dadurch schneller reagieren - bezieht sich auf gesamten Stoffwechsel von Lebewesen Abiotische Umweltfaktoren Sonnenlicht Wind Luftfeuchtigkeit Kohlenstoffdioxid Sauerstoff Schadstoffe Temperatur Niederschlag Boden Relief pH-Wert abiotische Faktoren und deren Einfluss (Übersicht): Temperatur, Licht, Wasser, RGT- Regel, Toleranzkurven, physiologische und ökologische Potenz Toleranzkurven Vitalitat Pessimum Minimum (Tod) I Optimum K-Präferendum- -Toleranzbereich- Maximum (Tod) Umweltfaktor physiologische & ökologische Potenz - zeigen, wie empfindlich eine tier- oder Pflanzenart auf Schwankungen verschiedener Umwelteinflüsse reagiert physiologische Potenz - legt dar, welche Ausprägungen ein bestimmter Umweltfaktor annehmen darf, damit eine bestimmte Art überleben und sich fortpflanzen kann Einfluss konkurrierender Ärzten wird ausgeblendet/ als konstant angenommen ökologische Potenz - betrachtet Ausprägungen eines Umweltfaktors im tatsächlichen Ökosystem, unter der sich eine Art verbreiten kann. Es wird somit auch der Einfluss konkurrierender Arten mit einbezogen biotische Faktoren (Übersicht): intra- und interspezifische Konkurrenz, Parasitismus, Symbiose, Räuber-Beute-Beziehung (Lotka-Volterra-Regeln) biotische Faktoren sind alle belebten Elemente eines Ökosystems (Tiere/Pflanzen), die in Wechselwirkung & Interaktion stehen verschiedene Beziehungen zwischen den Lebewesen interspezifisch: Verbindungen sind zwischen Arten, wie Symbiose / Räuber-Beute-Beziehung intraspezifisch: zwischen Individuen einer Art, wie soziale Verbände / Sexual partner -Verhältnis zwischen den Lebewesen kann sowohl positiv / negativ für einen oder für beide Organismen sein Konkurrenz - tritt intraspezifisch / interspezifisch auf Lebewesen, die ähnliche Lebensansprüche haben = Nahrung, Revier - bewohnen ähnliche ökologische Nischen = dadurch stehen sie in direkter Konkurrenz zueinander (Konkurrenzausschlussprinzip) - unterlegene Art versucht, die Konkurrenz zu meiden & ihre Lebensanprüche anzupassen = = wirkt sich's für beide Parteien negativ aus / asymmetrische Konkurrenz unterlegene Lebewesen benachteiligt - Individuen gleicher Art konkurrieren um fast alle Ressourcen Parasitismus - Parasiten ernähren sich von ihren Wirten - Beziehung schadet dem Wirt tötet ihn sogar - der Parasit allein zieht einen Vorteil aus dieser Beziehung Symbiose - Zusammenleben zweier Arten, aus dem beide einen Vorteil ziehen Beispiel: - viele Räuber, verringern diese die Anzahl der Beute weniger Räuber, kann sich Beute besser vermehren = viele Beutetiere - Räuber können sich schneller ausbreiten, da keine = Räuber-Beute-Beziehung - Tiere, die sich von anderen Lebewesen (Beute) ernähren, sind die Räuber - Beziehung ist für Räuber vorteilhaft & für Beute negativ = Nutzen > Zecke (Parasit) → Nahrung -Lebensraum Lotta-Volterra Regel - abhängig davon, wie viele Räuber es im Verhältnis zur Beute gibt, schwankt auch die Populationsdichte der jeweils anderen Art Nutzen >Madenhacker →→→Nahrung = Mimikry : um vorzugeben, dass sie ein gefährliches Tier sind = Tarntracht/ Mimese : Anpassung zur Tarnung Schwierigkeiten bei Nahrungssuche - verschiedene Tiere haben Aussehen angepasst um sich vor Fressfeinden zu schützen = Warntracht: auffällige, intensive Farbe, um zu warnen Schaden > Fuchs (Wirt) Nutzen > Elefant Befreiung von Parasiten Symbionten Parasiten Tiere (Fressfeinde) Konkurrenten Mensch Krankheitserreger Bodenlebewesen Biotische Umweltfaktoren ökologische Nische - eine Art mehrdimensionaler Hyperraum, der alle biotische und abiotischen Faktoren berücksichtigt. - eine Art hat demnach eine ökologische Rolle im Ökosystem. - man unterscheidet in real- & Fundamentalnische Fundamentalnische : Berücksichtigung abitotischer Faktoren - in dieser kann eine Art aufgrund ihrer ökologischen Potenz und der daraus resultierenden Anpassungsfähigkeit leben - es wird nur die Art an sich & alle darauf wirkenden abiotischen Faktoren berücksichtigt - ist unter Laborbedingungen erforschbar Realnische Berücksichtigung (a)biotische Faktoren - beschreibt das Vorkommen einer art unter Berücksichtigung der konkreten Bedingungen in einem bestimmten Ökosystem = abiotische / biotische Fktoren - Realnische ist Teil der Fundamentalnische Habitat: bezeichnet in der Biologie einen durch spezifische abiotische / biotische Faktoren bestimmten Lebensraum, der sich auf eine bestimmte tier- & Pflanzenart oder Gruppe von Arten bezieht Biotop: setzt sich aus den griechischen Wörtern bios-Leben & Topos=Ort zusammen es ist somit der abiotische (unbelebte) Lebensort/ Lebensraum einer Lebensgemeinschaft (Biozönose) / von Organismen Biozönose : ist eine Gemeinschaft von Lebewesen innerhalb eines abgegrenzten Lebensraumes (Biotop) sie stehen untereinander in Wechselbeziehungen, ebenso beeinflussen sie die abiotischen Faktoren und werden von ihnen beeinflusst Evolutionsbiologischer Aspekt : Ökofaktoren als Selektionsfaktoren - jene Umweltbedingungen/Faktoren, die auf die Individuen, und damit auf deren Fitness einwirken - maßgeblich für die Richtung der Evolution - wirken permanent auf die Population = bilden Selektionsdruck, sowohl positiv als auch negativ Einfluss auf Populationsdynamik - Unterschied abiotischen /biotische Selektionsfaktoren - biotische : gehen von der belebten Umwelt aus = inter/intraspezifisch - sexuelle Selektion, Nachahmung - abiotische : alle, die von der unbelebten Umwelt ausgehen = physikalische / chemische Einflüsse - Temperatur, Feuchtigkeit, Wind, Nährstoffe, Gifte ,,Je günstiger ein Individuum an die spezifischen Selektionsfaktoren angepasst ist, desto wahrscheinlicher ist ein überleben und damit ein höherer Fortpflanzungserfolg" dynamische Prozesse in Ökosystemen : Sukzession (Prinzip) Definition Sukzession beschreibt den schrittweisen Wiederaufbau der Lebewesen eines geschädigten Ökosystems. Dabei durchläuft es verschiedene Stadien, um das Klimaxstadium zu erreichen, in welchem es sich selbst aufrecht erhält. - Ökosystem wurde gestört = natürliche Rückkehr der typischen Lebewesen, die dort aufgrund der vorherrschenden Umweltfaktoren leben, als Sukzession - läuft schrittweise ab, durchläuft drei verschiedene Stadien 1. Initialstadium - Ansiedlung verschiedener Pionierarten (Pilze, Bakterien, kleine Pflanzen, die unter extremen Umweltbedingungen überleben können) - kaum Artenvielfalt - hauptsächlich Produzenten - wenig Biomasse - einfache Nahrungskette 2. Folgestadien - es kommen immer mehr Pflanzen & Tiere hinzu, während andere wieder verschwinden 3. Klimaxstadium - stabiles Endstadium - Ökosystem kann sich selbstständig aufrecht erhalten, solange die äußeren Einflüsse gleich bleiben - hohe Artendiversität (Vielfalt) - Produzenten & Konsumenten - maximale Menge an Biomasse - komplexe Nahrungsnetze Beispiele: Wald, See Arten von Sukzession je nachdem, wie stark das Gebiet zerstört ist = Primärsukzession - komplett unbelebte Landschaft - neuer Lebensraum wird komplett neu besiedelt (Erstbesiedelung) - vorherige Ökosystem, wurde durch etwas zerstört, sodass kein Lebewesen überlebt hat - Bsp: Vulkanausbruch / Gletscher Rückzug = Sekundärsukzession - das bestehende Ökosystem wurde geschädigt, aber nicht vollkommen zerstört - es haben einige Organismen überlebt - Wiederherstellungsprozesse - Bsp: natürliche Faktoren: Feuer / Überschwemmung menschliche Eingriffe: Kahlschlag / Brandrodung Initial stadium Folgestadien Klimaxstadium Ov Stoffkreislauf & Trophieebenen am Beispiel des Kohlenstoffkreislaufes : Produzenten, Konsumenten, Destruenten C-Kreislauf (Kohlenstoffkreislauf) Definition der Kohlenstoffkreislauf beschreibt den Kreislauf des Kohlenstoffes in der Biosphäre. Der Kohlenstoffkreislauf besteht aus 4 Komponenten, der Biosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre. Allgemeiner Ablauf - ständiger Austausch zwischen Biosphäre, Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre Hydrosphäre - am Oberflächenwasser wird Kohlenstoff aufgenommen & wieder abgegeben - Marine Organismen & gelöster organisch gebundener Kohlenstoff werden vom Oberflächenwasser ins Tiefwasser transportiert - zwischen Oberflächen- & Tiefwasser findet ein ständiger Kohlenstoffaustausch statt Atmosphäre - ständiger Austausch mit dem Ozean - Austausch mit dem Boden - Aufnahme von Kohlenstoff von Emissionen Biosphäre - Austausch Kohlenstoff durch Pflanzenwachstum & Zersetzung - Austausch mit veränderter Landnutzung Lithosphäre - Kohlenstoff kommt als organische Form (Erdgas, Erdöl,Kohle) vor -Abgabe von Kohlenstoff über den Boden an die Atmopshäre Zahlen: Gigatonnen Kohlenstoff Zahlen in Pfeilen: jährlicher Austausch (Basis 2007) veränderte Pflanzen Land- wachstum und 60 nutzung Zersetzung Ablauf Biosphäre Bei Pflanzen wird Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft oder dem Wasser bei der Fotosynthese chemisch fixiert - es wird im Zuckerstoffwechsel weiter verarbeitet - die Konsumenten bringen den Kohlenstoff in die Nahrungsnetze - durch Zellatmung setzen alle Organismen CO2 frei - die Destruenten recyceln Kot & abgestorbene Lebewesen, wobei sie sämtliche Kohlenstoffverbindungen in ihre Bestandteile zerlegen Biosphäre 550 bis 600 Trophieebenen Definition: ist die Kennzeichnung für eine bestimmte Ebene oder Stufe einer Nahrungskette in einem Ökosystem Feuer Austausch Boden und Atmosphäre Kohlenstoff dioxid Wasser Mineralsalze organisches Material Produzenten (Erzeuger) Atmosphäre 750 stoffet TARD! Kohle, Erdol, Erdgas 3300 Lithosphäre bis zu 100 Millionen Kohlenstoffkreislauf Nahrung für z.B. Algen, Moos, Farn- und Samenpflanzen Aufbau körpereigener organischer Stoffe aus anorganischen Stoffen Austausch Ozean und Atmosphäre gelöster organisch gebundener Kohlenstoff 700 abgestorbene Destruenten (Zersetzer) Pflanzen oder Pflanzenteile z.B. Bakterien, Pilze, Regenwürmer Geschwindigkeit des Prozesses: in weniger als 1 Jahr in 1-10 Jahren in 10-100 Jahren Marine Organismen Hydrosphäre Abbau organischer Stoffe zu anorganischen Stoffen Umwandlung und Verwertung körpereigener organischer Stoffe Oberflächen wasser Konsumenten (Verbraucher) Konsumenten Konsumenten Endkonsu- 1. Ordnung 2. Ordnung 2.8. Buchfink, 2.B. Sperber, Eichhörnchen Baummarder menten Oberflächen Defenwasser 100 3. Ordnung 2.8. Uhu tote Tierkörper Ausscheidungen Energiefluss: Nahrungsbeziehungen (Nahrungskette, Nahrungsnetz) Energiefluss Definition: Der Energiefluss beschreibt den Prozess der Weitergabe physikalischer Energie zwischen einzelnen verschiedenen Systemen Produzenten (Pflanzen) - nutzen Sonnenenergie für Fotosynthese - bilden die organische Substanz Biomasse Konsumenten 1. Ordnung (Pflanzenfresser) - sind die Erstverbraucher - fressen den Produzenten = erhalten 10% der Energie d. Produzenten Konsumenten 2. Ordnung (Fleischfresser) - Zweitverbraucher - fressen Erstverbraucher = erhalten 10% dessen Konsumenten 3. Ordnung (Fleischfresser) - Endverbraucher - fressen Zweitverbraucher = nehmen 10% von ihm auf Destruenten - zersetzen tote Masse & Sekrete der Produzenten & Konsumenten = nehmen 10% Energie von Ihnen auf Pflanzen / Produzenten Pflanzen / Produzenten Nahrungskette Pflanzenfresser/ Primärkonsumenten Pflanzenfresser/ Primarkonsumenten Destruenten / Zersetzer V Produzenten Pilanit, Folosynthe Konsumenten 1.Ordnung (Ertverbraucher) Pflanenfinser 10% der Energie Nahrungsnetz Definition: Ein Nahrungsnetz ist eine bildliche Darstellung der untereinander verbundenen Nahrungsketten in einem Ökosystem Pflanzenfresser / Primärkonsumenten Konsumenten 2 Ordnung (Zweverbraucher) Raschfresser 10% der Energie Konsumenten 3 Ordnung (Endverbrauch) Penchfresser 20% der Energia Haselnussbaum -> Eichhörnchen -> Marder (Produzent) frisst (Primärkons) frisst (Sek) frisst Fleischfresser/ Sekundärkonsumenten Fleischfresser/ Selund ärkonsumenten Fleischfresser/ Seuundarkonsumenten Fleischfresser/ Sekundärkonsumenten > 10% der Energie Definition: Die Nahrungskette ist ein Modell für die Beziehungen zwischen verschiedener Arten von Lebewesen, bei welcher jede Art die Nahrungsgrundlage einer anderen Art ist Destruenten Ze Greifvogel Endkons.) Nachhaltigkeit am Beispiel des ausgewählten Ökosystems (Fließgewässer) Definition Nachhaltigkeit Das Prinzip der Nachhaltigkeit bedeutet ein verantwortungsvolles Handeln im Umgang mit Ressourcen. Es darf nicht mehr verbraucht werden, als nachwachsen bzw. sich regenerieren kann, damit natürliche Lebensgrundlagen auch für nachfolgende Generationen erhalten bleiben. Mittelpunkt harmonisches Miteinander von Mensch und Natur = = Fließgewässer haben die Fähigkeit natürliche Selbstreinigung zu betreiben, reicht das nicht aus, kann der Mensch etwas zur Erhaltung des Ökosystems beitragen Nachhaltigkeit - Fließgewässer = auch hier bedeutet es also die Ressourcen verantwortungsvoll zu nutzen und das Ökosystem aufrecht zu erhalten Artenschutz = Verhinderung von Überfischung = Fischwanderhilfen Biotopschutz = Einsetzen von Kläranlagen, um Fließgewässer von Industrie- & Haushaltsabwasser zu befreien Errichtung von Wasserschutzgebieten, in denen es verboten ist, ungeklärte Abwässer in das Wasser einzuleiten = Emissionen durch Filter oder abgasarme Technologien verringern (vor allem durch Regen) Beseitigung von Staudämmen = natürliche Flussverläufe (keine Begradigungen) = Definition Renaturierung Durch Menschenhand negativ beeinträchtigte oder zerstörte Lebensräume sollen wiederhergestellt bzw. wieder in ihren ursprünglichen oder zumindest naturnahen Zustand gebracht werden. Beispiele = Anpflanzung & Ansiedelung von Tier- & Pflanzenarten, die als standorttypisch gelten = gezielte Überschwemmung & Wiedervernässung = Sanierung & Entsäurung von Ufergebieten = Deichrückbau Thermoregulation ausgewählter Organismen : Ektothermie & Endothermie Ektothermie (Thermokonformer) (poikilotherm) -Wärmeentstehung durch Aufnahme äußerer Wärme (Sonneneinstrahlung) - Abkühlung der Körpertemperatur durch äußere Bedingungen (Schatten, Regen) - Körpertemperatur schwankt mit Umgebungstemperatur poikilotherm : wechselwarm Körpertemperatur schwankt mit Umgebungstemperatur passive Temperaturregulation - Temperaturregelung nur durch Verhalten möglich - Schattenplätze (Abkühlung) & Sonnenplätze (Erwärmung) -soziale Thermoregulation - Ameisen = verlassen Nest & wärmen sich in Sonne auf - bei Rückkehr im Nest geben sie Wärme ab = ektothermes Tier ist darauf angewiesen, seinen Wärmehaushalt durch äußere Faktoren aufrechtzuerhalten Vorteile - wenig Energie & Wasser notwendig (energiesparsam), geringe Nahrungszufuhr nötig, Besiedlung nahrungs- & wasserarmer Regionen, gut an warme Standorte nahe des Äquators angepasst (keine Temperaturschwankungen) Nachteile - bei Kälte kaum Aktivität möglich, verfallen in Winterstarre, in ländlichen Polargebieten reicht Verhaltensthermoregulation nicht aus Überlebensstrategien: Aufsuchen passender Überwinterungsplätze, Wärmebildung durch Muskelzittern Anpassungen: leben nahe ihrer Pessima, kaum rote Blutkörperchen, Anti-Frost-Proteine Endothermie (Thermoregulierer) (homoiotherm) - Wärmeentstehung im Körper durch Stoffwechselprozesse -Abkühlung durch Körperregulation - Körpertemperatur wird konstant gehalten Bsp: Vögel, Säugetiere, Mensch OVERVE Reptillen homoiotherm : Körpertemperatur wird unabhängig von der Umgebungstemperatur mehr oder weniger auf konstantem Wert gehalten Thermoregulation -Thermohomöostase, Verhaltensthermoregulation, soziale Thermoregulation Vorteile Aktivität bei kalten Temperaturen möglich, benötigen größere Nahrungsmenge, können dafür besser in kälteren Umgebungen überleben, größere ökologische Potenz, Erschließung ökologischer Nischen Homöostase - Körper hat Fähigkeit, trotz Änderung der Außenwelt und im eigenen Gesundheitszustand das innere Milieu im Gleichgewicht zu halten - Konstanthaltung durch Sollzustand durch Hormonsystem & vegetativen Nervensystem koordiniert Nachteile Sehr hoher Energieverbrauch für die Konstanthaltung des des inneren Milieus, müssen 5-10 mal so viel fressen, .... Säugetiere Anpassungen: Abweichreaktion (Winterzug Vögel), Winterschlaf, Sommer/Winterfell, Fettschicht / Winterspeck, schwarze haut, große Extremitäten Thermoregulation ausgewählter Organismen : Ektothermie & Endothermie Allensche Regel - homoiotherme Tiere Bergmannsche Regel - homoiotherme Tiere Oberflächen - Volumen - Verhältnis Je größer das Volumen des Tieres, desto mehr Körperzellen sind vorhanden, die zur Wärmeproduktion genutzt werden - je kleiner die Oberfläche, desto weniger Wärme wird abgegeben (Wärmeabgabe ist proportional zur Körperoberfläche) = kleine Tiere müssen daher viel essen, da sie verhältnismäßig mehr Wärme verlieren, als große Tiere - Großes Tier = verhältnismäßig kleiner Oberfläche (als Volumen) - können besser Wärme halten & Wärme produzieren - Probleme die Wärme abzugeben Grundumsatz: Energie pro Zeiteinheit, die für die Aufrechterhaltung der Homöostase benötigt wird Stoffwechselintens mm³0₂ gh 2000 1000 800 600 400 200 100 80 60 40 10 100 1000 10000 100000 1000000 WH 10000000 g Körpergewicht Klimawandel: Treibhauseffekt, Bedeutung von Kohlenstoffdioxid & Methan Natürlicher Treibhauseffekt - ermöglicht Leben auf der Erde - ohne ihn hätten wir eine Durchschnittstemperatur von ca. -18 Grad - sorgt für eine Temperaturerhöhung von ca. 33 Grad - Sonne schickt kurzwellige Strahlung auf die Erde, diese erwärmt die Erdoberfläche und wird in langweilige Strahlung umgewandelt und wieder zurückgestrahlt - wenn diese langwellige Strahlung auf die Barriere (Gasschicht Atmosphäre) trifft, wird sie wieder zurückreflektiert - ein gewisser %-Satz der Strahlung gelangt zurück ins All und ein anderer Teil wird zurückgeworfen Anthropogener Treibhauseffekt (vom Menschen verursacht) - Treibhauseffekt wird durch alle Lebewesen sowie die menschlichen Verhaltensweisen verstärkt - seit Industrialisierung = anthropogener Treibhauseffekt - Treibhausgase, welche vom Menschen verursacht werden, steigen in die Atmosphäre auf - dadurch wird die Schicht an Treibhausgasen, welche den natürlichen Treibhausgaseffekt verursachen, immer dicker - wirkt wie eine Barriere - durch ungenaue Messungen kann der Treibhausgasanstieg jedoch auch geringer sein - dass CO2 Haupttreiber für Temperaturanstiege ist, ist nicht bewiesen - erst steigt die Temperatur, dann CO2-Wert - Temperatur der Troposphäre ist seit 2000 gesunken Kohlenstoffdioxid (CO2) - natürliches Vorkommen: Zellatmung, Pflanzen, Tiere, Menschen - anthropogenes Vorkommen: Verbrennung von fossilen Brennstoffen (Kohle, Gas, Bezin, Öl, Waldrodung) - fossile Energieträger werden überwiegend zur Erzeugung Energie eingesetzt - hat Verweildauer von etwa 100 Jahren in der Atmosphäre Methan - etwa 20 mal stärkerer Treibhauseffekt als Kohlenstoffdioxid - geringere Verweildauer in der Atmosphäre - anthropogenic Herkunft: Massentierhaltung, Reisanbau, Brandrodung, Gewinnung von Kohle, Erdags, Erdöl, Verbrennung von Biomasse auf Mülldeponien - natürliches Vorkommen: Faulungsprozesse in Feuchtgebieten = Sümpfe, Moore Anreicherung & Wirkung eines Schadstoffs (Prinzip) an einem Beispiel Definition Schadstoff Schadstoffe sind Stoffe, die ein Ökosystem bzw. die darin enthaltenden Pflanzen, Tiere aber auch Menschen oder Sachen schädigen können. Diese Stoffe können sowohl natürlicher als auch künstlichen Ursprungs sein. Beispiele für Schadstoffe - Schwermetalle (Quecksilber) - organische Schadstoffe (FCKW) - Gase (Kohlenstoffdioxid) - radioaktive Stoffe (Cäsium) Anreicherung von Schadstoffen (Bioakkumulation) A) Biokenzentration : - Schadstoffe werden direkt aus der Umgebung über Körperoberflächen aufgenommen - Bsp: Fische auf direkten Weg über Kiemen, wenn sie unter Wasser atmen B) Biomagnifikation: - Schadstoffe werden über Nahrung aufgenommen - je weiter entfernt vom Primärproduzent desto höher der Schadstoffhaushalt Prinzip der Schadstoffanreicherung - niedriger Konsument nimmt Schadstoff auf - auf Grund des Fressverhaltens von Lebewesen wird der niedrige Konsument wiederum gefressen - Schadstoffe werden über die Trophieebenen weitergegeben und reichern sich immer stärker an - die Endkonsumenten ( oft Mensch) die größte Anzahl an Schadstoffen erhält Trophiestufe Orca Thunfisch Krill Wirkung - wirken verheerend für den Konsumenten - toxische Wirkungen allgemeines Beispiel - Luftverschmutzung / Luftschadstoffe Biomasse PCB-Anreicherung PCB Stoffe wie z.B. Stickstoffdioxid / Feinstaubpartikel werden auf direkten Weg (Biokonzentration) und nicht über den Nahrungsweg von uns Menschen aufgenommen. Da die Schadstoffe als Immission aus uns Menschen wirken, kann die Schadstoffbelastung in der Luft nungesundheitliche Auswirkungen, wie Asthma, Atemwegsbeschwerden, Husten usw. hervorrufen. Nachhaltige Entwicklung am Beispiel des ökologischen Fußabdrucks Definition ökologischer Fußabdruck Der ökologische Fußabdruck ist die biologisch produktive Fläche auf der Erde, die notwendig ist, um den Lebensstil und Lebensstandard eines Menschen dauerhaft zu ermöglichen Indikatoren 1. Produktion von Kleidung & Nahrung 2. Bereitstellung von Energie 3. Entsorgung von Müll 4. Wohnfläche 5. Mobilität 6. Konsum 7. Ernährung Wie berechnet man den ökologischen Fußabdruck? - Biokapazität = = Biokapazität (gha) = Fläche (ha) * Äquivalenzfaktor * Erntefaktor Biokapazität - Fähigkeit der Natur, Rohstoffe zu erzeugen & Abfall zu absorbieren - wird in globalen Hektar pro Person im Jahr angegeben - ermöglicht Vergleich de Auswirkungen unseres momentanen Konsums mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen der Erde Ökologisches Defizit - Menge an Ressourcen, die schneller verbraucht werden als sie wieder nachwachsen = Übersteigerung der Biokapazität durch den zu hohen ökologischen Fußabdruck der Bevölkerung - Ergebnisse sollen zu einem nachhaltigeren Leben führen Was du tun kannst! - weniger Fleisch essen - verschwende weniger Lebensmittel - regionale / saisonale Produkte - Mülltrennung - Nutzung ÖPNV/Fahrgemeinschaften idealisierte Populationsentwicklung : exponentielles & logistisches Wachstum, Umweltkapazität Populationen sind dynamische Systeme. Ihre Individuenzahl ändert sich durch Vermehrung und Tod ständig. Ein Wachstum findet naturgemäß statt, wenn die Geburtenrate (Natalität) größer als die Sterberate (Mortalität) ist. Umweltkapazität K - Tragfähigkeit der Umwelt - bezeichnet die größtmögliche Individuenzahl einer Art, die langfristig in einem Lebensraum überleben kann - häufig schwankt die Populationsgröße um die Kapazitätsgrenze (Massenwechsel) Lineares Wachstum - allein nicht möglich - in der Realität nicht auffindbar - langsamer, erreicht die Grenze und steigt dann weiter (nicht so stark wie beim exponentiellen) Exponentielles Wachstum -nut unter günstigen Bedingungen - keine Konkurrenz - unbegrenzte Nahrung - konstante Verdopplungszeiten - Wachstum beschleunigt sich ständig - durch den großen Zuwachs wird die Kapazität stark überschritten Logistisches Wachstum - Populationswachstum unter natürlichen Bedingungen (begrenzte Ressourcen) - es müssen nicht alle Phasen auftreten - stationäre Phase = linear / Schwankungen - durch verschiedenen Phasen wird sich der Umweltkapazitätsgrenze angenähert und schwankt um sie 1: Natalität / Mortalität gleich hoch, kein Ressourcenmangel, keine Konkurrenz, Fressfeinde Phase I Anlaufphase/ Lag-Phase II: Natalität höher als Mortalität, Ressourcen, Konkurrenz, Fressfeinde keine Rolle III: intra-interspezifische Konkurrenz steigt, unterschiedliche Werte, aber steigen gleich schnell IV: Annäherung an Kapazitätsgrenze, Natalität abgebremst, Mortalität nimmt zu V: Natalität wird von Mortalität ausgeglichen, Populationsdichte erreicht Kapazitätsgrenze VI: Natalität ist niedriger als Mortal Anzahl der Individuen Anzahl der Individuen exponentielles Wachstum/ Log-Phase Zeit Zeit Phase III lineares Wachstum "/ verzögertes Wachstum Zeit Phase V stationäre Phase Absterbephase v Umweltkapazitätsgrenze Bedeutung verschiedener Fortpflanzungsstrategien (r- & k-Strategen) Im Laufe der Evolution konnten nur Arten erhalten bleiben, die die richtige Strategie zur Reproduktion besaßen und die Ressourcen ihrer Umwelt optimal nutzten. Die auf diese Weise heraus gebildeten, genetisch festgelegten Verhaltensweisen und biologische Merkmale werden auch als Strategien bezeichnet. Hinsichtlich der Fotpflanzungsbiologie haben sich zwei extreme Strategien entwickelt : R- Strategen - r- Rate der Vermehrung - setzen auf - hohe Vermehrungsrate - Kurzlebrigkeit - leben mit schwankenden Lebensbedingungen K-Strategen - k-Kapazität - setzen auf - die Zahl der Individuen wächst exponentiell, bi side Umweltkapazitätsgrenze des Lebensraumes erreicht ist = Kapazitätsgrenze stellt sich u.a. durch intraspezifische Konkurrenz ein - geringe Vermehrungsrate - Langlebigkeit -Sicherung der Nachkommen - leben in konstanten Umweltbedingungen - halten ihre Individuenzahl nahe der Umweltkapazität R-Strategen viele Nachkommen fehlende bis geringe Vorsorge für die Nachkommen (hohe Produktion von Eiern) kurze Lebenszeit starke Schwankungen der Populationsdichte besiedeln instabile Lebensräume mit hoch schwankenden Lebensbedingungen (geringe Ortstreue) Mäuse eher kleinere Arten Menschenaffen K-Strategen Wasserflöhe wenige Nachkommen hohe Vorsorge für die Nachkommen (betreiben ausgeprägt Brutpflege) lange Lebenszeit relativ konstante Populationsdichte langsame Entwicklung benötigen stabile Lebensbedingungen (hohe Ortstreue) eher größere Arten Wale evolutionsbiologischer Aspekt : Variabilität & Anpassung Variabilität - jeder Mensch, jedes Tier ist einzigartig & unterscheidet sich von anderen - Vielfältigkeit / Verschiedenheit eines Merkmals bezeichnet man als Variabilität - hat Einfluss auf die Evolution - Grundlage für die Entstehung & Veränderung von Arten Definition: als Variabilität wird in der Biologie die Verschiedenheit de Ausprägung von Merkmalen (Phänotyp) bei Individuen einer Art oder Population bezeichnet. Die Gesamtvariabilität eines Merkmals setzt sich aus der genetischen & der modifikatorischen Variabilität zusammen - es gibt genetische Variabilität unterschiedliche genetische Ausstattung - modifikatorische Variabilität unterschiedliche Umwelteinflüsse Anpassung Eine evolutionäre Anpassung (oder wissenschaftlich Adaptation) ist ein in einer Population eines bestimmten Lebewesens auftretendes Merkmal, das für sein Überleben oder seinen Fortpflanzungserfolg vorteilhaft ist, und das durch natürliche Mutation und anschließende Selektion für seinen gegenwärtigen Zustand entstanden ist. Ein Merkmal kann in diesem Zusammenhang sowohl Aussehen und Gestalt betreffen als auch eine Verhaltensweise sein. Definition Selektion: jede Umweltbedingung/faktoren, die auf die Individuen & damit auf deren Fitness einwirken Anpassungsstrategien - Verhaltensmuster, die die Überlebenswahrscheinlichkeit & den Fortpflanzungserfolg steigern, werden von der natürlichen Selektion begünstigt - wird von ökologischen Faktoren, wie zeitliche & räumliche Verteilung der Ressourcen und von der Konkurrenz bestimmt - interagieren Individuen derselben Art = Komplexität des Verhaltens um ein Vielfaches höher Anthropogene Einflüsse auf die Artenvielfalt (weltweiter Pflanzen- & Tiertransfer) Anthropogen - durch den Menschen entstanden / verursacht - Einflüsse des Menschen auf Tiere oder Pflanzen - Biodiversität / Artenvielfalt Beispiel = Eifnluss des Menschen auf die Biene - Dünger & Spritzmittel = gelangen in Organismus der Biene und schädigt das ZNV - verstärkter Anbau von Monokultur = weniger Nährstoffe, beschränkte Nahrungsvielfalt - durch Importe werden fremde Pflanzen und Tierarten eingeschleppt = Krankheiten, Neobiota Bioindikatoren (Prinzip) an einem Beispiel - ist eine Tier- oder Pflanzenart, deren Vorkommen oder Fehlen in einem Lebensraum innerhalb gewisser Grenzen bestimmte Standort- & Umweltbedingungen anzeigt - Aussagekraft eines Bioindikators ist um so höher, je empfindlicher er auf Veränderungen der äußeren Einflüsse reagiert -sensitive / reaktive Bioindikatoren - sensible Lebewesen, welche schnell, selektiv & hochsensibel auf Schadstoffeinträge in ihrem Lebensraum reagieren - akkumulative Bioindikatoren - Lebewesen, meist Pflanzen, welche bestimmte Schadstoffeinträge sammeln und so nachweisbar machen, ohne selbst dabei frühzeitige Schäden zu zeigen - Unterschied aktive/passiv - aktiv: Bioindikatoren werden in eine andere Umgebung ausgesetzt - passiv : Beobachtung Bioindikatoren in ihrer natürlichen Umgebung Natürlich vorkommende Bioindikatoren Saprobienindex - Wasserlebewesen zur Bestimmung der Gewässergüte, Pflanzen, Pflanzengesellschaften zur Bestimmung der Bodenqualität Künstlich eingebrachte Bioindikatoren Flechten zur Bestimmung der Luftverunreinigung, Graskultur, Bodenmosse, Tabakpflanzen Regulation des Wasserhaushalts bei Pflanzen (Prinzip) - Pflanze nutzt Wurzeln für Wasseraufnahme aus dem Boden => Wasser wird durch die Wurzelhaarzellen aufgenommen und über Leitbündel der Sprossachse in die Blätter und Blüten der Pflanze transportiert - Wasseraufnahme und Transport beruhen auf Diffusion & Osmose - Transport in den Zellen der Wurzelrinde = Unterschied apoplastischen & symplastischen Transport => apoplastischer Transport erfolgt über die Zellwände => symplastischer Transport durch das Cytoplasma der Zellen = Membran ist nicht für alle gelösten Stoffe gleichermaßen durchlässig => Wassermoleküle können semipermeable Membran ungehindert durchdringen - Osmose erfolgt immer von dem Ort der höheren Konzentration zum Ort der geringeren Konzentration, bis Konzentrationen innerhalb und außerhalb der Zelle ausgeglichen sind => Wasseraufnahme in Wurzelhaarzellen erfolgt also durch das Konzentrationsgefälle des Cytoplasmas und des Wassers im Boden - der Osmotische Druck treibt die Wasseraufnahme in Wurzelhaarzellen an = entsteht Wurzeldruck - Nachdem das Wasser aus dem Boden aufgenommen wurde, erfolgt der Wassertransport durch die Sprossachse => kein aktiver Prozess, bei dem Energie verbraucht wird = erfolgt durch Adhäsion, Kohäsion und den Transpirationssog => Adhäsion = Fähigkeit von zwei unterschiedlichen Stoffen sich aneinanderzuheften = bewirkt, dass die Wassermoleküle an der Gefäßwand des Xylems haften => Da die Wassermoleküle kohärieren / zusammenhängen, steigt das Wasser durch die Adhäsion und die Kohäsion entlang des Xylems - Der Transpirationssog unterstützt den Wassertransport = Sog entsteht durch die Transpiration des Wassers an den Blättern = bei Transpiration wird durch die Spaltöffnungen Wasser in Form von Wasserdampf in die Luft abgegeben - Wasserangebot oder Lichtverhältnisse, bewirken Veränderungen des Zellinnendrucks der Schließzellen, wodurch die Spaltöffnungen geöffnet oder geschlossen werden Um das entstandene Konzentrationsgefälle im Falle der Transpiration auszugleichen, wird Wasser aus den Wurzeln bis hin zu den Blättern nachgezogen - Bäume werfen im Herbst ihre Blätter ab um ihren Wasserhaushalte zu regulieren = verringern die Bäume den Wasserverlust, da keine Transpiration mehr stattfindet Symplastisch → Osmose Protoplast Wassertransport-Wurzel Endo- dermis 100000 30000 De FOOD CASPARYSCher Streifen apoplastisch Osmose Zentral- Zylinder Protoplast Diffusion Apoplast Blattaufbau mesophyter Pflanzen, Chloroplast als Ort der Fotosynthese 0 Leitbündel Xylem, Phloem 0 Atemhöhle = Gaswechsel Thylakoidmembran Thylakoid Thylakoid- innenraum Stroma doppelte Hüllmembran Grana = Stomata/ Spaltöffnungen (Thylakoidstapel) Chloroplast Licht- energie Interzellularraum - Gaswechsel = Schwamm Thylakoid lichtab- hängige Reaktionen H₂O Lichtreaktionen e e NADPH + H+ ATP ADP + P NADP+ Cuticula Obere Epidermis - Stabilisierung / Schutz Palisadengewebe Schwamm (Gewebe) - Fotosynthese - Gaswechsel CO2-02 Untere Epidermis Cuticula CO₂ Calvinzyklus Zucker Chloroplasten Zellorganellen mit Doppelmembran permeable Membran: Thylakoidmembran °Zur Oberflächenvergrößerung ist die Thylakoidmembran in Stapeln aufgeschichtet ° In diesen Thylakoidstapeln finden Licht- und Dunkelreaktion der Fotosynthese statt °Die innere Thylakoidmembran ist für Protonen nicht permeabel! ° Das Innere dieser Membran beherbergt bewegliche oder fest in der Membran verankerte Eisen-Schwefel-Proteine, die Elektronen aufnehmen und diese an stärkere Elektronenakzeptoren abgeben können lichtun- abhängige Reaktionen Stroma Lichtabsorption : Chlorophyll-Absorptionsspektrum - Chlorophyll ist ein natürliche Farbstoff, den man in allen photosynthesetreibenden Organismen findet - insbesondere in den Chloroplasten der Pflanzenzelle - auch einige Prokaryoten enthalten ein Bacteriochlorophyll - Tierzellen enthalten kein Chlorophyll - in Pflanzen ist es für die grüne Farbe der Blätter verantwortlich - mehrere Chlorphylltypen - besitzen unterschiedliche Absorptionsspektren - können unterschiedliche Bereiche des Lichts aufnehmen - bilden sich nur in Organismen, die Photosynthese betreiben - absorbieren Lichtenergie und wandeln diese in chemische Energie in Form von ATP für diese um Definition: ist ein natürlicher Farbstoff in Pflanzenzellen Aufbau - in Pflanzenzellen innerhalb der Thylakoide in den Chloroplasten - Prokaryoten Cytoplasma - kann in den Zellbestandteilen über eine Biosyntheses selbst hergestellt werden - Biosyntheses ist von einer Lichteinstrahlung abhängig - Abbau von Chlorophyll = Herbst - Bäume verlieren Blätter & diese färben sich braun = Absorptionsspektrum - verschiedene arten von Chlorophyll-Molekülen unterscheiden sich durch individuelle Strukturen & Absorptionsspektrum - Fähigkeit Licht zu absorbieren / aufzunehmen nicht absorbierter Bereich wird entsprechend reflektiert - verschiedene Typen: Chlorophylla & b Chloroplast Thylakoide rel. Absorption 300 410 400 430 R H₂C Absorptionsmaxima Chlorophyll a Chlorophyll b H₂C 500 CH₂ =N H₂C -N Mg²+ N Blaulicht: 430 nm 453 nm CH₂ Porphyrinring (Tetrapyrrol) 600 CH₂ 0 O CH₂-CH₂ 662 C-OCH, Rotlicht: 662 nm 642 nm 700 [nm] Chlorophyll a: R=CH₂ Chlorophyll b: R=CHO CH₂ CH₁₂ CH Phytolrest CH₂ CH₂ Primärreaktion / Lichtabhängige Reaktion (Schema) Fotolyse, energetisches Modell als Z-Schema ohne zyklische Phosphorylierung Lichtabhängige Reaktion - benötigt Lichtquanten welche als Energiequelle dienen und auch Energie liefern in Form von ATP und NADH+H+ - sozusaggen der Nahrungsvorgang der Pflanzen = autotroph - Fluchtreaktion findet in der Thylakoid membran statt Ablauf: ➤ Licht wird absorbiert > Dadurch wird das Chlorophyll im Fotosystem II. angeregt > Zwei Elektronen werden abgespaltet ➤ Diese Elektronen werden an einen Elektronenakzeptor weitergegeben > Vom Fotosystem II. werden die Elektronen über eine Elektronentransportkette, indem eine Redoxreaktion stattfindet, zum Fotosystem I. geleitet ➤ Durch die Elektronen Abgabe entstehet eine Spalte, diese wird durch Elektronen gefüllt ➤ Wassermoleküle werden bei dieser sog. Fotolyse durch Licht und Enzyme in Sauerstoff, Protonen und Elektronen zerlegt > Der entstandene Sauerstoff stammt aus dem zerlegten Wasser ➤ Bei dem Transport entsteht ein Protonengradient welcher zur ATP Bindung genutzt wird > Protonen fließen durch das Enzym ATP-Synthetase zurück ins Stroma und bilden dabei ATP ➤ Im weiteren Verlauf gelangen die Elektronen zum Fotosystem I. > Dort füllen die Elektronen die Lücke, welche durch eine weitere lichtinduzierte Anregung entstanden ist. > Das Elektron wird vom Redoxsystem (FD) übernommen und auf NADP+ übertragen > Es entsteht NADPH+H+ ➤ Bei einer ausreichend hohen Konzentration an NADH+H+ innerhalb der Zelle ist es auch möglich das der Elektronenfluss nur über das Fotosystem I. geht 0 Thylakoid- membran system Fotolyse des Wassers Plasto chinon 2 H+ Stroma Cytochrom b/f-Komplex 2H+ Plasto- cyanin Foto- system O NADP+ + 2H+! NADPH+H+ NADP+ Reduktase H2002+ 2H+ Bilanz: 8 Lichtanregungen bzw. 4 e- damit 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + P-02 + 2(NADPH + H+) + 3 ATP Thylakoidinnenraum ATP ADP+P energetisches Modell als Z-Schema ohne zyklische Phosphorylierung ° durch Lichtsammelfalle eingefangene Lichtenergie werden Elektronen aus H20 auf ein energetisch höheres Niveau angehoben dadurch sinkt Redoxpotenzial => Elektronen können leichter auf das nächste Redoxsystem übergehen ° schrittweise Energie geht verloren, sodass erneute Anregung mittels Lichtenergie am FSI erfordlich ist 0 energetisch gleicht das schema dem „Z" energetisch betrachtet sind beide FS zusammen effektiver als die Summe beider FS einzeln (Emmerson Effekt) Fotolyse (Wasser bei Primärreaktion) -Spaltung eines Moleküls ausgelöst durch die Bestrahlung mit Licht - es wird durch die Stärke der zu lösenden chemischen Bindung bestimmt, welche Wellenlänge das eingestrahlt Licht maximal haben darf, um genug Energie aufbringen zu können, diese Bindung zu spalten Beleuchtung einer Pflanze mit Licht fur FS 680 Beleuchtung einer Pflanze mit Licht für PS Beleuchtung einer Pflanze mit FS und FS Licht gleichzeitig 131 Wellenlänge (nm) Quelle Mark Biologie Oberstufe. O Emst Klett Verlag GmbH Stuttgart 2011 Sekundärreaktion / lichtunabhängige Reaktion (Schema) Funktion von Rubisco, vollständige Summengleichung Lichtunabhänige Reaktion findet in einem Kreisprozess statt diesen nennt man auch Calvin Zyklus 1) Fixierung CO2 wird mittels Rubisco fixiert. Das entstandene C6-Molekül ist instabil und zerfällt in 2 C3-Moleküle (PGS). 2) Reduktion PGS wird zu PGA enzymatisch reduziert. Dabei wird ATP verbraucht (ATP->ADP) NADPH/H+ oxidiert (->NADP+) und H20 entsteht. Aus den zwei PGA-Molekülen wird Glukpose synthetisiert. 3) Regeneration Das CO2 Akzeptormolekül Ribulose 1,5 bisphosphat wird mittels PGA unter ATP verbrauch (ATP->ADP) regeneriert Ablauf ° bei biologischen Oxidation entzieht eine Norm seinem Substratmolekül zwei Wasserstoffatome ° daher ist ein Cosubstrat notwendig, welches die Wasserstoffatome / Elektronen aufnimmt ° Reduktion des Substrates benötigt das Enzym ein Cosubstrat, welches ihm die Wasserstoffe / Elektronen liefert NADPH ist ein Wasserstoff übertragendes Cosubstrat Elektronencarrier, welches mit vielen Enzymen zusammenarbeitet ° in oxidierter form kann ein Molekül NADP+ 2 Elektronen & 1 Proton aufnehmen => das zweite dem Substrat entzogene proton geht in die Lösung über °NADPH kann 2 Elektronen & 1 Proton an ein zu reduzierendes Substrat abgeben => das zweite Proton kommt dann aus der Lösung °Moleküle von NADP+ & NADPH sind wasserlöslich = gelangen leicht von Enzym zu Enzym MERKE: OILRIG= Oxidation is loss (of electron); Reduction is gain (of electron) Bsp: NADP + 2e-+H+ _> NADPH (reduziert) NADPH-2e-H+ -> NADP (oxidiert) Rubisco ° besonders ° nicht nur weil es nicht auf -ase endet ° kann CO2 & O2 fixieren ° ersteres ermöglicht Fotosynthese mit Glukoseherstellung ° Enzym wirkt als Carboxylase & bindet CO2 an C5-Körper im Calvinzyklus ° ist jedoch aufgrund Verknappung / geringe Konzentration von CO2 die von 02 im vergleich hoch, so Oxygenase aktiv => Rubisco fixiert dann Sauerstoff und es kommt zum stoffwechselungünstigen Prozess = Lichtatmung / Fotorespiration unter welchen Umständen ? ° geschlossene Stomata & erhöhte Photosyntheseleistung (02>CO2) ° Stoffwechselungünstiger Prozess = Lichtatmung Vollständige Summengleichung 12 H₂O lichtabhängig: lichtunabhängig: 6 CO₂+24 H Gesamtgleichung: 6 CO₂+12 H₂O Lichtenergie Lichtenergie 6 ADP+6P 24 H+60₂ C6H₁2O6 + 6H₂O 6ATP C6H1206+60₂+ 6H₂O Ribulose 1,5 diphe phát 6 CO₂ ↓ Cs Kirper Regenerations- phase 10 3-Phospho-. glycerinaldehyd Calvin-Zyklus 12 3-Phospho- Fixierung von COz glycerinsäure 12 ATP Reduktions- phase 12 ADP 12 1,3-Diphospho- glycerinsoure 12 NADPH/H+ 42 NADP+ 12 Phosphat 12 3-Glycerinaldehyd 2 3-Phospho- glycerinaldehyd Glucose Zellatmung: Aufbau von Mitochondrien (Schema), Edukte & Produkte (Übersicht) der 4 Teilschritte (Glykolyse, oxidative Decarboxylierung, Citratzyklus, Endoxidation), Summengleichung Aufbau Mitochondrien Ribosom Granula Membranzwischenraum Cristae Matrix Edukte & Produkte Übersicht Teilschritte Glykolyse ATP Synthase Partikel Oxidative Decarboxylierung Cytratzyklus Endoxitation DNA Innenmembran Außenmembran Edukte Summengleichung C6H₁2 + 6H₂0+602 Glucose, ATP, 1,6-bisphosphat, ADP,P,NAD+ NAD+,CoA, Pyruvat H20,NAD+, FAD, ADP, P, Acetyl-CoA NADH+H+, ADP+P, 02, FADH2 innere Membran BERS zonne äußere Membran Ribosom DNA Produkte Pyruvat, ATP, ADP CO2, Acetyl-CoA CoA, CO2 H20, NAD+, FAD Matrix 6 CO₂ + 12 H₂0+ 38 ATP Vesikel Primärreaktion / Lichtabhängige Reaktion : Lichtsammelfalle (Prinzip), chemiosmotisches Modell (Schema, Protonengradient) Lichtsammelfalle - befindet sich bei eukaryotischen Pflanzen in der Thylakoidmembran von Chloroplasten - dient der Absorption von Licht mit verschiedenen Wellenlängen, der Veränderung des Energiepotentials der Elektronen und der Weiterleitung der Energie zum Reaktionszentrum der Photosysteme - modellhaft = Sammeltrichter, der Energie „einfängt" - trifft Licht mit ausreichender Energie auf die Atomkerne, so vergrößert sich kurzzeitig der Abstand zum Atomkern - durch die Vielfalt der beteiligten Moleküle werden verschiedene Wellenlängen absorbiert - Elektronen werden dadurch auf ein hohes Energieniveau gehoben - diese Energie wird dann an benachbarte & darunterlegende Farbstoffmoleküle weitergegeben - Voraussetzung - Energiegefälle zwischen den einzelnen Molekülen - mithilfe der Lichtsammelfalle wird Licht auf einem großflächigen Bereich absorbiert und die gewonnene Energie an ein einzelnes Molekül weitergegeben - Reaktionszentrum = an dieser Stelle beginnt die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese Chemiosmotisches Modell cytoplasma 4 Thylakoidlumen 3 Thylakoidinnenraum Thylakoidmembran stroma H₂O fotolyse 189 Lös 2e chl 2 stroma 2 1/2 0₂ 2H* Elektronen trans- Port kette HARRE 2H+ NADP+ Chl 1 intermembranraum 1 PARA ੬੪੪੪ NADPH/H+ ADP +P Tunnel protein ATPase ATP Thylakoidmembran Licht → = Carotinoide Xanthophylle Chlorophyll b Chlorophyll a Reaktionszentrum Fotosystem Skizze des LHC Osmose: Fluss der Protonen Redoxreaktion: Transport der Elektronen innerhalb der Thylakoidmembran Beide Vorgänge: parallel Protonengradient -Chemiosmose basiert auf einen Protonengradienten - es liegt ein Gradient zwischen Thylakoidinnenraum & Stroma vor Protonen strömen durch ATP-Synthase- Komplex in das Stroma - die dort freiwerdende Energie ermöglicht das ADP zu ATP reagiert = Anstreben eines Ausgleichs der verschiedenen Konzentrationen Sekundärreaktion / lichtunabhängige Reaktion: Funktion von NADPH+H+ & ATP bei der Reduktion von PGS ZU NADPH = Reduktionsmittel ATP = Energielieferant -unter Verbrauch von ATP wird PGS zu PGA reduziert (Elektronenaufnahme) - indem NADPH+H+ Elektronen auf PGS überträgt - hierbei entsteht Wasser - Reduktion ist stark Endergebnisse und nur durch Energiezufuhr aus der ATP-Spaltung von der Lichtreaktion möglich