Photosynthese - Biologie learn online

Biologie (Subject) / Photosynthese (Lesson)

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1. Wie lautet die Reaktionsgleichung für die Photosynthese grüner Pflanzen? Erläutern Sie, inwiefern es sich hierbei um eine Redoxreaktion handelt 6 CO2 + 6 H2O => C6H12O6 + 6 O2 Dabei wird H2O zu O2 oxidiert und CO2 unter Bildung von Glukose reduziert
2. Kann die photosynthetische O2-Produktion in Abwesenheit von CO2 erfolgen? Begründen Sie Ihre Angabe. Ja, nachweisbar durch die Hill-Reaktion. Es müssen synthetische Elektronenakzeptoren, z.B Fe3+ vorhanden sein, welche dann statt CO2 reduziert werden.
3. Wie lässt sich nachweisen, dass der photosynthetisch produzierte Sauerstoff nicht aus dem CO2 sondern aus dem H2O stammt? Nachweis auch mit der Hill Reaktion. Photosynthese kann in Abwesenheit von CO2 ablaufen, wenn entsprechende Elektronenakzeptoren vorhanden sind.
4. Charakterisieren Sie in Stichworten die Lebensweise von Pflanzen bezüglich ihrer Energiequelle, Kohlenstoffquelle und der Nutzung von Wasserstoff-Donoren Phototroph, autotroph und Hydrotroph
5. Welches ist das erste CO2-Fixierungsprodukt der C3-Photosynthese? 3-Phosphoglycerat (PGA)
6. Welches sind die Produkte der photosynthetischen Lichtreaktionen? Lichtreaktion=Thylakoidreaktion; ATP, O2 und NADPH+H+
7. 1 Mol Photonen der Wellenlänge 400 nm hat einen Energiegehalt von 300 kJ. Wie viel Energie besitzt Licht der Wellenlänge 800 nm (Angabe mit Einheit!)? E = hv und v= c/lambda =>Längere Wellenlänge=weniger Energie => 150kJ
8. Skizzieren und beschreiben Sie das Absorptionsspektrum von Chlorophyll. Chlorophyll A: Peakabsorption bei ~420nm(blau) und ~680nm(rot) Chlorophyll B: Peaks bei 480 und 620
9. Welche Aussagen sind richtig, welche falsch? a. Robert Hill wies nach, b. a) dass Chloroplasten O2 unabhängig von CO2 bilden können c. b) dass Chloroplasten im Dunkeln O2 bilden können d. c) dass Kaliumferricyanid als Elektronendonator in den Lichtreaktionen genutzt werden kann e. d) dass aufgebrochene Chloroplasten im Licht künstliche Elektronenakzeptoren reduzieren a und d sind richtig
10. Durch welchen Mechanismus gelangt die Energie der Lichtsammelfalle zum Reaktionszentrum von Photosystem II? Durch Excitonentransfer wird die Energie der angeregten Pigmentmoleküle zum Reaktionszentrum transportiert.
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11. Ist der energetische Wirkungsgrad der Photosynthese grüner Pflanzen bei Bestrahlung mit rotem oder mit blauem Licht höher? Begründen Sie Ihre Entscheidung. Bei rotem Licht. Bei blauem Licht wird Sauerstoff in den energiereichen S2 Zustand versetzt und geht direkt unter Wärmeabgabe in den S1 Zustand über. Bei rotem Licht direkter Übergang in S1
12. Nennen Sie drei Antennenpigmente in Chloroplasten grüner Pflanzen Chlorophyll A/B und Carotinoide
13. Beschreiben Sie einen Versuch, mit dessen Hilfe das Aktionsspektrum der Photosynthese erfasst werden kann Engelmann-Versuch: Lichtspaltung in einzelne Wellenlängen durch ein Prisma. Anschließende Bestrahlung von Algenfäden und O2 Messung mit Hilfe von aerotaktischen Bakterien.
14. Geben Sie die Strukturformel von Chinon und Hydrochinon an. Welche Eigenschaften besitzt Plastochinon, wo ist es lokalisiert und wozu dient es während der Lichtreaktionen? Plastochinon ist in der Thylakoidmembran frei beweglich und ist die einzige Komponente derElekronentransportkette zwischen PSII und PSI, die neben Elektronen auch H+ transportiert !
15. Warum werden für den nichtzyklischen Elektronentransport bei der oxygenen Photosynthese zwei Photosysteme benötigt? Die mit PS II aufgenommene Energie an P680 (Chlorophyll, λmax = 680 nm) reicht alleine nicht aus, um die Reduktion von NADP+ zu NADPH bewerkstelligen zu können. Der angeregte P680-Komplex ist hierfür zu schwach, der angeregte P700-Komplex dagegen als Reduktionsmittel stark genug.
16. Photosystem I (PSI) und Photosystem II (PSII) sind räumlich voneinander getrennt. Wie gelangen die Elektronen von PSII zu PSI? Durch linearen Elektronentransport. Plastochinon => Cytochromb6/f-Komplex => Plastocyanin => PSI
17. Welche Produkte entstehen beim zyklischen Elektronentransport? Es entsteht nur ein pH-Gradient für die ATP-Synthese
18. Nennen Sie einen Inhibitor des photosynthetischen Elektronentransports DBMIB (Dibromthymochinon):Hemmung des e-Transports auf den Cyt b6f-Komplex
19. Wofür dient der Q-Zyklus? PQH2 wird zu PQ reoxidiert, ein Elektron wird auf Plastocyanin übertragen und ein Proton wird vom Stroma ins Thylakoidlumen transloziert.
20. Beschreiben Sie den prinzipiellen Aufbau von Chlorophyll (ohne Strukturformel) und seine Absorptionseigenschaften. Welches Löslichkeitsverhalten besitzt Chlorophyll und worauf ist dieses zurückzuführen? Ringförmiges Tetrapyrol mit zentralem Mg2+ und einem Phytolrest, Absorption bei ~420 und ~680 nm; Löslichkeit: Gut fettlöslich, wegen langem unpolaren Phytolrest
21. Warum kann Licht längerer Wellenlänge als 700 nm nicht für die oxygene Photosynthese grüner Pflanzen genutzt werden? Es ist zu energiearm
22. Zeichnen und erklären Sie das Aktionsspektrum der Photosynthese grüner Pflanzen Ähnlich wie Absorptionsspektrum, Grüne/Gelbe Absorption auch durch Carotinoide
23. Welcher Kofaktor wird im Wasserspaltungskomplex benutzt, um Elektronen kontrolliert abzugeben? Mangan
24. Wie lautet die Nettoreaktionsgleichung für die Dunkelreaktionen der Photosynthese grüner Pflanzen? Wo finden diese Reaktionen statt? Mit welchem Namen werden diese Reaktionen zusammengefasst? 3 CO2 + 9 ATP + 6 NADPH + 6 H+ GAP + 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP+ + 3 H2O Calvin-Zyklus, findet im Stroma statt.
25. Aus welchen Komponenten besteht die protonenmotorische Kraft? Freie Energie des ph-Gradienten(Stroma-Lumen) und der Spannungsdifferenz.
26. Wieviel Protonen werden für die Synthese von ATP über die Thylakoidmembran transportiert? Für 3ATP werden 12 Protonen benötigt
27. Definieren Sie den Begriff „Protonenmotorische Kraft“ und geben Sie die Einheit an. Die an einer Membran anliegende elektrochemische Potentialdifferenz für Protonen. Einheit : Volt
28. Warum gibt es eine feste Stöchiometrie zwischen Protonentransport und ATP-Synthese in den Chloroplasten? Damit der ph-Gradient erhalten bleibt
29. In welche Richtung werden die Protonen während der Photophosphorylierung transportiert (mit Skizze)? Lumen (Thylakoidinnen) => Stroma
30. Welche Reaktionen werden durch die RubisCO katalysiert? Geben Sie die Reaktionsgleichungen an. Carboxylierung/Oxygenierung von Ribulose1,5-Bisphosphat Carboxylierung : RuBp+CO2 =H2O=>2H+=>2 3-PGA Oxygenierung: RuBp+O2 =H2O=>H+=> 3-PGA + Phosphoglycolat
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31. In welchen drei Organellen laufen die Teilschritte der Photorespiration ab und in welchem davon wird dabei CO2 frei? Chloroplast => Peroxisomen => Mitochondrien(CO2)
32. Warum stellt die Oxygenaseaktivität der RubisCO vor allem bei höheren Temperaturen und Trockenheit ein Problem dar? Bei Anstieg von Temperatur und Trockenheit nimmt die Aktivität der Oxygenasereaktion sehr viel schneller zu als die der Carboxylasereaktion.Mit steigender Temperatur löst sich Sauerstoff wesentlich besser als CO2, weswegen das CO2/O2-Verhältnis sinkt, wodurch auch die CO2-/O2-Fixierung sinkt. Sauerstoff kann als besser gebunden und umgesetzt werden als CO2, das heißt, die Photorespiration nimmt zu. Wird es dagegen trockener, sinkt die CO2/O2-Fixierung durch den Stomaschluss der Pflanzen noch drastischer ab, wodurch die Photorespiration stark zunimmt. Dadurch erleidet die Pflanze einen hohen Verlust an Kohlenhydraten und droht zu verhungern. Lässt sie die Stomata ge-öffnet, um den CO2-Partialdruck aufrecht zu erhalten und die Photorespiration niedrig zu hal-ten, nimmt der Wasserverlust dagegen soweit zu, dass sie droht zu verdursten. Dieses Di-lemma kann nur durch die C4-Photosynthese behoben werden.
33. Welche besondere Blattanatomie ist charakteristisch für viele C4- Pflanzen? In welchem Zelltyp läuft in diesen Pflanzen der CalvinZyklus ab? Kranzanatomie Bündelscheidenzellen
34. Kreuzen Sie in dem unten aufgeführten Schema an, welche der genannten Strukturen und Prozesse vorwiegend in den Mesophyllzellen und welche hauptsächlich in den Bündelscheidenzellen einer C4-Pflanze vorkommen (6 Kreuze). Bündelscheidenzellen sind quasi "supporter" Grana-Thylakoide --> MSStärkekörner --> BSCO2-Fixierung durch RuBisCo --> BSCarboanhydrase-Aktivität --> MSLichtreaktion der Photosynthese --> MSCarboxylierung von PEP und Reduktion zu Malat --> MS
35. Warum kann die PEP-Carboxylase CO2 im Gegensatz zur RubisCO auch bei hohen Temperaturen und niedrigen CO2-Konzentrationen fixieren? Substrat ist hydratisiertes CO2, Hydrogencarbonat. Dessen Löslichkeit ist praktisch temperaturunabhängig und steht nicht in Konkurrenz mit O2
36. Definieren Sie die Begriffe „CO2-Kompensationspunkt“ und „LichtKompensationspunkt“. Wie unterscheiden sich C3- und die C4- Pflanzen in Bezug auf diese beiden Parameter? Der CO2 - Kompensationspunkt beschreibt die CO2-Konzentration, bei der die photosynthetische CO2-Fixierungund die respiratorische CO2-Produktion im Gleichgewichtstehen. Es findet also keine Netto - CO2 - Fixierung statt ! C3: 35-100ppm, C4 viel niedriger ~5ppm Der Lichtkompensationspunkt einer Pflanze gibt an, bei welcher Beleuchtungsstärke das durch den Calvinzyklus fixierte Kohlenstoffdioxid und das bei ihrer Atmung ausgeschiedene Kohlenstoffdioxid mengenmäßig gerade gleich sind. C4 deutlich höher als bei C3
37. Welches Enzym katalysiert in C4-Pflanzen die reversible Fixierung von CO2? Wie lautet die Reaktionsgleichung (ohne Strukturformeln)? Phosphoenolpyruvat-Carboxylase Phosphoenolpyruvat =HCO3-=>Pi=>Oxalacetat
38. Welche Aussagen sind richtig, welche falsch? a) C4-Pflanzen betreiben generell eine effizientere Photosynthese und bilden deshalb mehr Biomasse als C3-Pflanzen b) C4-Pflanzen können CO2 bereits bei geringeren externen Konzentrationen fixieren (Netto-CO2-Fixierung) c) Die Lichtatmung erfolgt bei C4-Pflanzen in geringerem Umfang als bei C3-Pflanzen d) C3-Pflanzen sind an höhere Temperaturen und trockenere Bedingungen adaptiert e) C4 Pflanzen öffnen nachts ihre Stomata um CO2 zu fixieren b und c
41. Nennen Sie eine Gemeinsamkeit und einen Unterschied zwischen der Photosynthese der C4-und CAM-Pflanzen. Nennen Sie je eine Beispielpflanze. Wofür steht das Kürzel CAM? CAM=Crassulacean Acid Metabolism, Ananas C4: Zuckerrohr Beide betreiben CO2 Vorfixierung, bei C4 ist aber räumliche Trennung vorhanden(Mesophyll=>Bündelscheidenzelle), bei CAM zeitliche Trennung(Nur Mesophyllzelle)