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Stoffwechsel

Photosynthese

Photosynthese einfach erklärt

Fotosynthese, Ökologie & Neurobiologie fürs VorAbitur - Aufgaben und PDFs

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Fotosynthese, Ökologie & Neurobiologie fürs VorAbitur - Aufgaben und PDFs

Alicia-Loreen

@alicia.loreen

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Hier ist die optimierte Zusammenfassung in Deutsch:

Die Fotosynthese ist der zentrale Stoffwechselvorgang der Erde und die Grundlage allen Lebens. Pflanzen wandeln dabei energiearme anorganische Stoffe wie CO2 und Wasser mithilfe von Sonnenlicht in energiereiche organische Verbindungen wie Glucose um. Dieser Prozess findet in den Chloroplasten statt und produziert Sauerstoff als Nebenprodukt. Die Fotosynthese ermöglicht es Pflanzen, als autotrophe Organismen ihre eigene Nahrung zu produzieren und bildet die Basis der Nahrungskette für alle anderen Lebewesen.

Die Fotosynthese nutzt verschiedene Energieformen, darunter chemische Energie, Strahlungsenergie und Wärmeenergie.
Umweltfaktoren wie Lichtintensität, Temperatur und CO2-Gehalt beeinflussen die Effizienz der Fotosynthese.
Chlorophyll spielt eine zentrale Rolle bei der Absorption von Licht für die Fotosynthese.
Chloroplasten sind die spezialisierten Zellorganellen, in denen die Fotosynthese stattfindet.

9.3.2021

1285

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

p5: Stapelförmig angeordnete Thylakoide = Grana Zwischen den Grana befinden sich Stromathylakoide Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p6: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p7: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p8: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p9: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p10: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p11: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p12: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p13: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus

p14: Lichtreaktion Findet in den Thylakoidmembranen statt Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Findet im Stroma statt Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt ATP und NADPH+H+ werden gebildet Dunkelreaktion Kohlenstoffdioxid wird zu Glucose umgewandelt Unter Verwendung von ATP und NADPH+H+ aus der Lichtreaktion Calvin-Zyklus Lichtreaktion Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt Chlorophyll a und b absorbieren Lichtenergie Elektronen werden auf höheres Energieniveau angehoben Elektronen werden auf Elektronenakzeptoren übertragen Elektronentransportkette wird in Gang gesetzt Wassermoleküle werden gespalten Sauerstoff wird freigesetzt

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Einführung in die Fotosynthese und Energieformen

Die Fotosynthese ist der fundamentale Stoffwechselvorgang, der das Leben auf der Erde ermöglicht. In diesem Prozess wandeln Pflanzen, als autotrophe Organismen, energiearme anorganische Stoffe wie Kohlenstoffdioxid und Wasser in energiereiche organische Verbindungen wie Glucose um. Dies geschieht in speziellen Zellorganellen, den Chloroplasten, unter Nutzung der Sonnenenergie. Als Nebenprodukt entsteht Sauerstoff, der für die meisten Lebewesen lebensnotwendig ist.

Die durch Fotosynthese erzeugte Biomasse bildet die Nahrungsgrundlage für alle heterotrophen Organismen, zu denen auch der Mensch gehört. Somit ist die Fotosynthese nicht nur für Pflanzen von Bedeutung, sondern für das gesamte Ökosystem.

Definition: Fotosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen mithilfe von Sonnenlicht aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose und Sauerstoff produzieren.

Für den Ablauf der Fotosynthese und anderer zellulärer Prozesse sind verschiedene Energieformen von Bedeutung:

ATP (Adenosintriphosphat) fungiert als universeller Energieüberträger in Organismen.
Chemische Energie ist in den Bindungen von Molekülen gespeichert.
Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, liefert die notwendige Energie für die Fotosynthese.
Wärmeenergie, die in der Bewegung von Teilchen gespeichert ist, beeinflusst die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen.

Highlight: Die Fähigkeit der Pflanzen, Sonnenenergie durch Fotosynthese in chemische Energie umzuwandeln, ist die Grundlage für den Aufbau von Biomasse wie Holz, Stärke und Cellulose.

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Stoffwechselvorgang der Fotosynthese und Umweltfaktoren

Der Stoffwechselvorgang der Fotosynthese ist ein komplexer Prozess, bei dem Pflanzen Wasser über ihre Wurzeln und Kohlenstoffdioxid über die Spaltöffnungen ihrer Blätter aufnehmen. Das Chlorophyll in den Blättern bindet die Sonnenenergie und wandelt sie in chemische Energie um. Die Gesamtgleichung der Fotosynthese lautet:

6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Highlight: Diese Gleichung zeigt, dass aus Kohlenstoffdioxid und Wasser unter Einwirkung von Lichtenergie Glucose und Sauerstoff entstehen.

Die Effizienz der Fotosynthese wird von verschiedenen Umweltfaktoren beeinflusst:

Licht: Bei geringer Lichtintensität überwiegt die CO2-Abgabe durch Zellatmung die fotosynthetische CO2-Aufnahme. Der Kompensationspunkt ist erreicht, wenn Fotosynthese- und Zellatmungsrate gleich groß sind.

Definition: Der Kompensationspunkt ist der Punkt, an dem eine Pflanze weder Kohlenstoffdioxid aufnimmt noch Sauerstoff abgibt.

Temperatur: Die Fotosyntheserate steigt mit zunehmender Temperatur an, wobei das Optimum meist zwischen 20 und 35 Grad Celsius liegt. Bei Schwachlicht hat die Temperatur keinen signifikanten Einfluss.
Kohlenstoffdioxidgehalt: Die maximale Fotosyntheserate wird bei optimalen Licht- und Temperaturverhältnissen durch das CO2-Angebot begrenzt. Eine künstliche Erhöhung des CO2-Gehalts kann die Fotosyntheseleistung steigern.

Example: In Gewächshäusern wird oft eine CO2-Begasung eingesetzt, um das Pflanzenwachstum zu fördern.

Die Messung der Fotosyntheserate erfolgt üblicherweise durch die Bestimmung der Kohlenstoffdioxidaufnahme oder Sauerstoffabgabe der Pflanzen.

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Lichtspektrum und Absorptionsspektrum in der Fotosynthese

Das Verständnis des Lichtspektrums und des Absorptionsspektrums ist entscheidend für die Erklärung der Fotosynthese. Weißes Licht besteht aus verschiedenen Wellenlängen, die durch ein Prisma in Spektralfarben zerlegt werden können. Diese Wellenlängen reichen von etwa 400 nm (violett) bis 750 nm (rot).

Vocabulary: Nanometer (nm) ist die Maßeinheit für die Wellenlänge des Lichts. 1 nm = 10^-9 m.

Laubblätter und Grünalgen enthalten verschiedene Farbstoffe, die Licht unterschiedlich absorbieren:

Chlorophyll a absorbiert hauptsächlich im blauen und orangeroten Bereich.
Es gibt eine geringe Absorption im grünen Bereich, was als "Grünlücke" bezeichnet wird.
Chlorophyll b und β-Carotinoide fungieren als Antennenpigmente und verringern die Grünlücke.

Definition: Antennenpigmente sind Farbstoffe, die Licht absorbieren und die Energie an das zentrale Fotosynthesepigment Chlorophyll a weiterleiten.

Das Absorptionsspektrum zeigt die Lichtabsorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge, während das Wirkungsspektrum angibt, bei welchen Wellenlängen die Fotosynthese am effektivsten abläuft.

Der Engelmann'sche Bakterienversuch von 1882 demonstrierte eindrucksvoll den Zusammenhang zwischen Lichtabsorption und Fotosyntheserate:

Example: In diesem Versuch wurden sauerstoffliebende Bakterien zu einer Fadenalge gegeben, die mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt wurde. Die Bakterien sammelten sich dort, wo aufgrund hoher Fotosyntheserate am meisten Sauerstoff freigesetzt wurde - im blauen und orangeroten Lichtbereich.

Dieser historische Versuch zeigte, dass die Fotosyntheserate bei Wellenlängen von etwa 450 bis 680 nm maximal ist, was mit den Absorptionsmaxima von Chlorophyll a und b übereinstimmt.

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Struktur und Funktion der Chloroplasten

Chloroplasten sind die spezialisierten Zellorganellen, in denen die Fotosynthese stattfindet. Ihre komplexe Struktur ist perfekt an ihre Funktion angepasst:

Doppelmembran: Chloroplasten sind von einer äußeren und einer inneren Membran umgeben, die sie vom Cytoplasma der Zelle abgrenzen.
Thylakoidmembran: Die innere Membran bildet Einstülpungen ins Chloroplasteninnere, die als Thylakoidmembran bezeichnet werden. Hier sind die Blattfarbstoffe (Chlorophylle) eingelagert.
Stroma: Im Inneren des Chloroplasten befindet sich eine flüssigkeitsgefüllte Matrix, das Stroma. Es enthält wichtige Enzyme für die Fotosynthese, DNA, Ribosomen und Stärkekörner.

Highlight: Die Thylakoidmembran ist der Ort, an dem die Lichtreaktionen der Fotosynthese stattfinden, während die Dunkelreaktionen im Stroma ablaufen.

Die Struktur der Chloroplasten ermöglicht eine effiziente Durchführung der Fotosynthese:

Die große Oberfläche der Thylakoidmembran maximiert die Lichtabsorption.
Die räumliche Trennung von Licht- und Dunkelreaktionen in Thylakoidmembran und Stroma optimiert den Ablauf der Fotosynthese.
Die Anwesenheit von DNA und Ribosomen ermöglicht es den Chloroplasten, einige ihrer eigenen Proteine zu synthetisieren.

Vocabulary: Granum (Plural: Grana) bezeichnet stapelförmig angeordnete Thylakoide im Chloroplasten.

Die detaillierte Kenntnis der Chloroplastenstruktur ist entscheidend für das Verständnis der Fotosynthese auf molekularer Ebene und bildet die Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Optimierung dieses lebenswichtigen Prozesses.

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Die Fotosynthese nutzt verschiedene Energieformen, darunter chemische Energie, Strahlungsenergie und Wärmeenergie.
Umweltfaktoren wie Lichtintensität, Temperatur und CO2-Gehalt beeinflussen die Effizienz der Fotosynthese.
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Einführung in die Fotosynthese und Energieformen

Definition: Fotosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen mithilfe von Sonnenlicht aus Kohlenstoffdioxid und Wasser Glucose und Sauerstoff produzieren.

Für den Ablauf der Fotosynthese und anderer zellulärer Prozesse sind verschiedene Energieformen von Bedeutung:

ATP (Adenosintriphosphat) fungiert als universeller Energieüberträger in Organismen.
Chemische Energie ist in den Bindungen von Molekülen gespeichert.
Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, liefert die notwendige Energie für die Fotosynthese.
Wärmeenergie, die in der Bewegung von Teilchen gespeichert ist, beeinflusst die Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen.

Highlight: Die Fähigkeit der Pflanzen, Sonnenenergie durch Fotosynthese in chemische Energie umzuwandeln, ist die Grundlage für den Aufbau von Biomasse wie Holz, Stärke und Cellulose.

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Stoffwechselvorgang der Fotosynthese und Umweltfaktoren

6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Highlight: Diese Gleichung zeigt, dass aus Kohlenstoffdioxid und Wasser unter Einwirkung von Lichtenergie Glucose und Sauerstoff entstehen.

Die Effizienz der Fotosynthese wird von verschiedenen Umweltfaktoren beeinflusst:

Licht: Bei geringer Lichtintensität überwiegt die CO2-Abgabe durch Zellatmung die fotosynthetische CO2-Aufnahme. Der Kompensationspunkt ist erreicht, wenn Fotosynthese- und Zellatmungsrate gleich groß sind.

Definition: Der Kompensationspunkt ist der Punkt, an dem eine Pflanze weder Kohlenstoffdioxid aufnimmt noch Sauerstoff abgibt.

Temperatur: Die Fotosyntheserate steigt mit zunehmender Temperatur an, wobei das Optimum meist zwischen 20 und 35 Grad Celsius liegt. Bei Schwachlicht hat die Temperatur keinen signifikanten Einfluss.
Kohlenstoffdioxidgehalt: Die maximale Fotosyntheserate wird bei optimalen Licht- und Temperaturverhältnissen durch das CO2-Angebot begrenzt. Eine künstliche Erhöhung des CO2-Gehalts kann die Fotosyntheseleistung steigern.

Example: In Gewächshäusern wird oft eine CO2-Begasung eingesetzt, um das Pflanzenwachstum zu fördern.

Die Messung der Fotosyntheserate erfolgt üblicherweise durch die Bestimmung der Kohlenstoffdioxidaufnahme oder Sauerstoffabgabe der Pflanzen.

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Lichtspektrum und Absorptionsspektrum in der Fotosynthese

Vocabulary: Nanometer (nm) ist die Maßeinheit für die Wellenlänge des Lichts. 1 nm = 10^-9 m.

Laubblätter und Grünalgen enthalten verschiedene Farbstoffe, die Licht unterschiedlich absorbieren:

Chlorophyll a absorbiert hauptsächlich im blauen und orangeroten Bereich.
Es gibt eine geringe Absorption im grünen Bereich, was als "Grünlücke" bezeichnet wird.
Chlorophyll b und β-Carotinoide fungieren als Antennenpigmente und verringern die Grünlücke.

Definition: Antennenpigmente sind Farbstoffe, die Licht absorbieren und die Energie an das zentrale Fotosynthesepigment Chlorophyll a weiterleiten.

Das Absorptionsspektrum zeigt die Lichtabsorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge, während das Wirkungsspektrum angibt, bei welchen Wellenlängen die Fotosynthese am effektivsten abläuft.

Der Engelmann'sche Bakterienversuch von 1882 demonstrierte eindrucksvoll den Zusammenhang zwischen Lichtabsorption und Fotosyntheserate:

Example: In diesem Versuch wurden sauerstoffliebende Bakterien zu einer Fadenalge gegeben, die mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt wurde. Die Bakterien sammelten sich dort, wo aufgrund hoher Fotosyntheserate am meisten Sauerstoff freigesetzt wurde - im blauen und orangeroten Lichtbereich.

Dieser historische Versuch zeigte, dass die Fotosyntheserate bei Wellenlängen von etwa 450 bis 680 nm maximal ist, was mit den Absorptionsmaxima von Chlorophyll a und b übereinstimmt.

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Struktur und Funktion der Chloroplasten

Chloroplasten sind die spezialisierten Zellorganellen, in denen die Fotosynthese stattfindet. Ihre komplexe Struktur ist perfekt an ihre Funktion angepasst:

Doppelmembran: Chloroplasten sind von einer äußeren und einer inneren Membran umgeben, die sie vom Cytoplasma der Zelle abgrenzen.
Thylakoidmembran: Die innere Membran bildet Einstülpungen ins Chloroplasteninnere, die als Thylakoidmembran bezeichnet werden. Hier sind die Blattfarbstoffe (Chlorophylle) eingelagert.
Stroma: Im Inneren des Chloroplasten befindet sich eine flüssigkeitsgefüllte Matrix, das Stroma. Es enthält wichtige Enzyme für die Fotosynthese, DNA, Ribosomen und Stärkekörner.

Highlight: Die Thylakoidmembran ist der Ort, an dem die Lichtreaktionen der Fotosynthese stattfinden, während die Dunkelreaktionen im Stroma ablaufen.

Die Struktur der Chloroplasten ermöglicht eine effiziente Durchführung der Fotosynthese:

Die große Oberfläche der Thylakoidmembran maximiert die Lichtabsorption.
Die räumliche Trennung von Licht- und Dunkelreaktionen in Thylakoidmembran und Stroma optimiert den Ablauf der Fotosynthese.
Die Anwesenheit von DNA und Ribosomen ermöglicht es den Chloroplasten, einige ihrer eigenen Proteine zu synthetisieren.