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Vorabitur mit Fotosynthese, Ökologie und Neurobiologie

Vorabitur mit Fotosynthese, Ökologie und Neurobiologie

 Von Alicia-Loreen Bitter
Biologie Lernzettel
Fotosynthese
Ist der zentrale Stoffwechselvorgang der Erde, Voraussetzung für erdliches
Leben

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Von Alicia-Loreen Bitter Biologie Lernzettel Fotosynthese Ist der zentrale Stoffwechselvorgang der Erde, Voraussetzung für erdliches Leben - Energiearme anorganische Stoffe, CO2 und Wasser in Chloroplasten zu energiereicher organischer Verbindung Glucose, Sauerstoff als Nebenprodukt Für Aufbau körpereigener Stoffe Pflanzen sind autotrophe Organismen Erzeugte Biomasse bilden Nahrungsgrundlage für alle Lebewesen Lebewesen sind heterotrophe Organismen ● Energie Zellen benötigen Energie für Wachstum, Vermehrung und Transport von Molekülen Durch Fotosynthese können Pflanzen die Energie des Sonnenlichts nutzen ATP: Adenintriphosphat ist der Energieüberträger im Organismus Chemische Energie: ist in chemischen Bindungen der Moleküle gespeichert, auf molekularer Ebene Strahlungsenergie: ist Licht- oder Sonnenenergie, wird über Wellen oder Teilchen übertragen und ist die benötigte Energie für die Fotosynthese Wärmeenergie: ist in der Bewegung der Teilchen gespeichert, je höher die Temperatur desto stärker die Bewegung • Stoffwechselvorgang ● Pflanze betreibt Fotosynthese um Biomassen (Holz, Stärke, Cellulose) aufzubauen, autotrophe Organismen L Lebensgrundlage aller Lebewesen Nimmt Wasser über Wurzeln auf Kohlenstoffdioxid über Spaltöffnungen der Blätter Energie von der Sonne, Chlorophyll (Blattgrün) bindet die Energie = Umwandlung von Lichternergie in Chemische Energie = aus Kohlenstoffdioxid und Wasser wird Glucose und Sauerstoff gebildet 6 CO2 + 12 H2O → C6 H12 06 + 6 O2 + 6 H2O ● Umweltfaktoren Fotosynthese Licht: geringe Lichtintensität → CO2-Abgabe durch Zellatmung höher als fotosynthetische CO2-Aufnahme Kompensationspunkt: ist wenn die Lichtintensität bei der Fotosynthese- und Zellatmungsrate gleich groß sind Pflanze nimmt weder Kohlenstoffdioxid auf, noch gibt sie Sauerstoff ab Um Biomasse aufzubauen ist eine...

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höhere Fotosyntheserate nötig Pflanze muss mehr Glucose erzeugen als, dass sie diese durch Zellatmung verbraucht Ab bestimmten Punkt steigt die Fotosyntheserate nicht mehr In Sättigungskurve dargestellt 2 Konzentration 1 0.8 0.6 0.4 0.2 B 0.5 1 1.5 2 Zeit t Temperatur: Fotosynthese steigt mit zunehmender Temperatur an (Starklicht) ➜z.B. Bei 20 bis 35 grad = Optimum Bei Schwachlicht hat die Temperatur keinen Einfluss auf Fotosynthese Kohlenstoffdioxidgehalt: maximale Fotosyntheserate bei optimalen Licht- und Temperaturverhältnissen ist durch Kohlenstoffdioxidangebot begrenzt Durch künstliche Begasung mit CO2 kann Fotosyntheseleistung gesteigert werden Messung der Fotosyntheserate: Kohlenstoffdioxid/Sauerstoffabgabe dienen als Maß ● Weißes Licht wird durch Prisma in Spektralfarben zerlegt → Unterschiedliche Farben entsprechen Licht der Wellenlängen (400 bis 750 Lichtspektrum und Absoprtionsspektrum nm) Lila-Licht = kurzwelliger (ca. 400 nm) Rot-Licht langwelliger (ca. 750 nm) Farben blau und orangerot werden (bei einer Chlorophyll-Lösung vor dem Prisma) von dem Blattfarbstoff aufgenommen Laubblätter/Grünalgen enthalten verschiedene Farbstoffe (welche in unterschiedlichen Massen Licht absorbieren) Lichtabsorption, grünes Licht wird durchgelassen/reflektiert = deswegen erscheinen Laubblätter grün Absorptionsspektrum zeigt ihre Absorption des Lichts in Abhängigkeit der Wellenlänge 3 Durch Chromatografie kann es in Chlorophyll a und b und Carotinoide getrennt werden →1. Chlorophyll a absorbiert vorwiegend im blauen/orangeroten Bereich → 2. Geringe Absorption im grünen Bereich (Grünlücke) Messung der Fotosyntheserate bei Licht verschiedener Wellenlänge ergibt ein Wirkungsspektrum → Zeigt bei welcher Wellenlänge Fotosynthese am besten läuft ● Vergleich von Absorptions- und Wirkungsspektrum zeigt: 1. Nur absorbiertes Licht ist fotosynthetisch wirksam 2. Chlorophyll a ist das zentrale Fotosynthesepigment 3. Chlorophyll b und B-Carotinoide verringern Grünlücke, indem sie Licht absorbieren, wo Chlorophyll a nicht absorbiert Dienen als Antennenpigmente Engelmann'scher Bakterienversuch (1882) Fadenalge wird mit Licht unterschiedlichen Wellenlängen bestrahlt Zugegebene sauerstoffliebende Bakterien lagerten sich an Stellen, wo blaues und orangerotes Licht hingestrahlt wurde Da wurde aufgrund hoher Fotosyntheserate (Leistungsmaxima) am meisten Sauerstoff freigesetzt → Fotosyntheserate bei ca. 450 bis 680 nm maximal → Chlorophyll a und b haben in diesem Bereich ihr Absorptionsmaxima = sie absorbieren das nötige Licht für Fotosynthese ● 4 Chloroplasten 1000 Lipidtropfen Granum (vergrößert) Das oberste der 5 Thylakoiden ist offen dargestellt -Matrix (Innenraum, Stroma) = DNA -Ribosomen Granum -Thylakoid -Stärkekorn = Zellorganellen in denen Fotosynthese stattfindet Von Doppelmembran umgeben (die sie vom Cytoplasma der Zelle abgrenzt) Innere Membran hat,,Einstülpungen" ins Chloroplasteninnere → Thylakoidmembran (= Matrixthylakoide) Dort werden die Blattfarbstoffe → Chlorophylle gelagert Im Stroma befinden sich Enzyme, DNA, Ribosomen und Stärkekörner Weitere Membransysteme (zwei Membrane bilden scheibenförmigen Hohlraum) im Stroma = Thylakoide → Rollenartige Stapelungen der Thylakoide Granatthylakoide Einfache Lamellen → Stromathylakoide (bilden lamellenartiges System, welches Granatthylakoide miteinander verbindet) In der Granatthylakoid-Membran sind Pigmente, Fotosysteme, eingelagert Pigmente sind Moleküle, die Licht absorbieren können (z. B. Chlorophyll) Chloroplastenhülle: innere Membran äußere membran Sind von einer Doppelmembran umschlossen, innere Membran schnürt zahlreiche Membransäckchen ab (Thylakoide), Stromathylakoide in Grundsubstanz ● Fotosystem I (P700) und Fotosystem II (P680) Chlorophyll a: wichtigstes Fotopigment, zweites Absorptionsmaxima, absorbiert blaues und rotes Licht, grünes Licht wird reflektiert, bei Fotosystem I → absorbiert am besten bei einer Wellenlänge von 700 nm, bildet Reaktionszentrum → aufgenommene Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt, bei Fotosystem II → absorbiert am besten bei einer Wellenlänge von 680 nm Fotosysteme Chlorophyll b: absorbiert Lichtenergie, die vom Chlorophyll a nicht oder kaum genutzt wird, schließen teilweise Grünlücke, übertragen aufgenommene Strahlungsenergie auf Chlorophyll a, akzessorisches Pigment, umgeben RZ → Antennenpigmente, wenn Licht auf diese gelangt werden sie angeregt und transferieren Energie in einer Kettenreaktion über (benachbarte) Pigmentmoleküle bis zum Reaktionszentrum Carotinoide: gelborangen erscheinend, akzessorisches Pigment Zwischen beiden Fotosystemen gibt es drei chemische Verbindungen Fotosynthese besteht aus zwei Teilschritten Fotoreaktion (Lichtabhängige Reaktion =. Primärreaktion) LO ● Chemiosmotisches Modell Lichtabhängige Reaktion: Lichtenergie wird in chemische Energie (ATP) umgewandelt, um sie für die Pflanze nutzbar zu machen, mithilfe von ATP und NADH+H+ wird Glucose und Kohlenstoffdioxid hergestellt → Reaktionsäquivalente, in fünf Redoxsysteme in den Thylakoidmembranen 5 Synthesereaktion (Lichtunabhängige Reaktion) eingeteilt 2 H20 +2 NADP+ + 3 ADP → 02 + 2 (NADH + H+) + 3 ATP Energie des absorbierten Lichts wird an Reaktionszentrum weitergeleitet → Elektronen werden in angeregtem Zustand versetzt (leichter Elektronen an andere abzugeben) Enyzmkomplex im Fotosystem II führt Fotolyse des Wassers durch → ausreichende Spannung, um energetisch stabile Wassermoleküle zu spalte, wird erreicht → Elektronen, die entstehen durchlaufen die Redoxsysteme Sauerstoff für Fotosynthese nicht nötig wird aus der Zelle diffundiert und an Außenluft abgegeben

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Bei 20 bis 35 grad = Optimum Bei Schwachlicht hat die Temperatur keinen Einfluss auf Fotosynthese Kohlenstoffdioxidgehalt: maximale Fotosyntheserate bei optimalen Licht- und Temperaturverhältnissen ist durch Kohlenstoffdioxidangebot begrenzt Durch künstliche Begasung mit CO2 kann Fotosyntheseleistung gesteigert werden Messung der Fotosyntheserate: Kohlenstoffdioxid/Sauerstoffabgabe dienen als Maß ● Weißes Licht wird durch Prisma in Spektralfarben zerlegt → Unterschiedliche Farben entsprechen Licht der Wellenlängen (400 bis 750 Lichtspektrum und Absoprtionsspektrum nm) Lila-Licht = kurzwelliger (ca. 400 nm) Rot-Licht langwelliger (ca. 750 nm) Farben blau und orangerot werden (bei einer Chlorophyll-Lösung vor dem Prisma) von dem Blattfarbstoff aufgenommen Laubblätter/Grünalgen enthalten verschiedene Farbstoffe (welche in unterschiedlichen Massen Licht absorbieren) Lichtabsorption, grünes Licht wird durchgelassen/reflektiert = deswegen erscheinen Laubblätter grün Absorptionsspektrum zeigt ihre Absorption des Lichts in Abhängigkeit der Wellenlänge 3 Durch Chromatografie kann es in Chlorophyll a und b und Carotinoide getrennt werden →1. Chlorophyll a absorbiert vorwiegend im blauen/orangeroten Bereich → 2. Geringe Absorption im grünen Bereich (Grünlücke) Messung der Fotosyntheserate bei Licht verschiedener Wellenlänge ergibt ein Wirkungsspektrum → Zeigt bei welcher Wellenlänge Fotosynthese am besten läuft ● Vergleich von Absorptions- und Wirkungsspektrum zeigt: 1. Nur absorbiertes Licht ist fotosynthetisch wirksam 2. Chlorophyll a ist das zentrale Fotosynthesepigment 3. Chlorophyll b und B-Carotinoide verringern Grünlücke, indem sie Licht absorbieren, wo Chlorophyll a nicht absorbiert Dienen als Antennenpigmente Engelmann'scher Bakterienversuch (1882) Fadenalge wird mit Licht unterschiedlichen Wellenlängen bestrahlt Zugegebene sauerstoffliebende Bakterien lagerten sich an Stellen, wo blaues und orangerotes Licht hingestrahlt wurde Da wurde aufgrund hoher Fotosyntheserate (Leistungsmaxima) am meisten Sauerstoff freigesetzt → Fotosyntheserate bei ca. 450 bis 680 nm maximal → Chlorophyll a und b haben in diesem Bereich ihr Absorptionsmaxima = sie absorbieren das nötige Licht für Fotosynthese ● 4 Chloroplasten 1000 Lipidtropfen Granum (vergrößert) Das oberste der 5 Thylakoiden ist offen dargestellt -Matrix (Innenraum, Stroma) = DNA -Ribosomen Granum -Thylakoid -Stärkekorn = Zellorganellen in denen Fotosynthese stattfindet Von Doppelmembran umgeben (die sie vom Cytoplasma der Zelle abgrenzt) Innere Membran hat,,Einstülpungen" ins Chloroplasteninnere → Thylakoidmembran (= Matrixthylakoide) Dort werden die Blattfarbstoffe → Chlorophylle gelagert Im Stroma befinden sich Enzyme, DNA, Ribosomen und Stärkekörner Weitere Membransysteme (zwei Membrane bilden scheibenförmigen Hohlraum) im Stroma = Thylakoide → Rollenartige Stapelungen der Thylakoide Granatthylakoide Einfache Lamellen → Stromathylakoide (bilden lamellenartiges System, welches Granatthylakoide miteinander verbindet) In der Granatthylakoid-Membran sind Pigmente, Fotosysteme, eingelagert Pigmente sind Moleküle, die Licht absorbieren können (z. 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Chlorophyll) Chloroplastenhülle: innere Membran äußere membran Sind von einer Doppelmembran umschlossen, innere Membran schnürt zahlreiche Membransäckchen ab (Thylakoide), Stromathylakoide in Grundsubstanz ● Fotosystem I (P700) und Fotosystem II (P680) Chlorophyll a: wichtigstes Fotopigment, zweites Absorptionsmaxima, absorbiert blaues und rotes Licht, grünes Licht wird reflektiert, bei Fotosystem I → absorbiert am besten bei einer Wellenlänge von 700 nm, bildet Reaktionszentrum → aufgenommene Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt, bei Fotosystem II → absorbiert am besten bei einer Wellenlänge von 680 nm Fotosysteme Chlorophyll b: absorbiert Lichtenergie, die vom Chlorophyll a nicht oder kaum genutzt wird, schließen teilweise Grünlücke, übertragen aufgenommene Strahlungsenergie auf Chlorophyll a, akzessorisches Pigment, umgeben RZ → Antennenpigmente, wenn Licht auf diese gelangt werden sie angeregt und transferieren Energie in einer Kettenreaktion über (benachbarte) Pigmentmoleküle bis zum Reaktionszentrum Carotinoide: gelborangen erscheinend, akzessorisches Pigment Zwischen beiden Fotosystemen gibt es drei chemische Verbindungen Fotosynthese besteht aus zwei Teilschritten Fotoreaktion (Lichtabhängige Reaktion =. Primärreaktion) LO ● Chemiosmotisches Modell Lichtabhängige Reaktion: Lichtenergie wird in chemische Energie (ATP) umgewandelt, um sie für die Pflanze nutzbar zu machen, mithilfe von ATP und NADH+H+ wird Glucose und Kohlenstoffdioxid hergestellt → Reaktionsäquivalente, in fünf Redoxsysteme in den Thylakoidmembranen 5 Synthesereaktion (Lichtunabhängige Reaktion) eingeteilt 2 H20 +2 NADP+ + 3 ADP → 02 + 2 (NADH + H+) + 3 ATP Energie des absorbierten Lichts wird an Reaktionszentrum weitergeleitet → Elektronen werden in angeregtem Zustand versetzt (leichter Elektronen an andere abzugeben) Enyzmkomplex im Fotosystem II führt Fotolyse des Wassers durch → ausreichende Spannung, um energetisch stabile Wassermoleküle zu spalte, wird erreicht → Elektronen, die entstehen durchlaufen die Redoxsysteme Sauerstoff für Fotosynthese nicht nötig wird aus der Zelle diffundiert und an Außenluft abgegeben