Pflanzenphysiologie (Fach) / Fotosynthese (Lektion)
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Fotosynthese
Diese Lektion wurde von Lordresh erstellt.
- Fotosynthese Input: Pflanzen sind photo-autotroph, d.h. sie syntetishieren ihre Nährstoffe selbst mit Hilfe von Lichtenergie, i.d.R. Sonnenlicht. Die Fotosynthese gliedert sich in 2 Prozesse: 1. Lichtabhängige photochemische Reaktion -> In dieser wird mit Lichtenergie Wasser gespalten, die Elektronen und ATP für die weitere Reaktion genutzt und O2 über die Blätter als Abfallprodukt abgegeben. 2. Die lichtunabhängige Reaktion oder Dunkelreaktion, in der mit Hilfe von den Elektronen, ATP (aus der lichtabhängigen Reaktion) und CO2 aus der Luft Glucose produziert wird. Chlorophyll hat sein Absorptionsmaximum bei rotem und blauem Licht, das grüne wird kaum verwertet und deshalb erscheinen Blätter und Spross grün. Adaptionsmechanismen an verschi. Lichtintensitäten: Es gibt Änderungen des Blattstellwinkels um die Lichtausbeute zu maximieren oder eben auch um sich vor Schädigungen des Gewebes durch zu viel Licht zu schützen. Bei zu wenig Licht -> Wachsauflagerungen/ Salzkristalle um durch Reflexion = Licht +, bei zu viel Licht = Abschattung durch Blatthaare. Oder die Stellung der Chloroplasten! Lichtstress = Viel Licht aber geringe Temperatur.
- Fotosynthese Lichtkompensation etc. Der Lichtkompensationspunkt ist der Punkt bei dem die Lichtintensität gerade so stark ist,dass Photosynthese die Zellatmung ausgleicht, also CO2 Verbrauch und Produktion = 0 ergeben. Der CO2 Kompensationspunkt gibt an, bei welcher Menge an CO2 Fotosynthese = Atmung sich ausgleichen, also die Fotosynthese = 0 ist. Je mehr Licht desto mehr CO2 Verbrauch, allerdings nur bis zur Lichtsättigung! (LIMIT) C4 Pflanzen können CO2 besonders gut verwerten, also schon kleinste Mengen, da sie in trockenen heißen Gebieten vorkommen, wo sie ihre Stomata zwecks Wassereinsparung schließen müssen und dadurch eben wenig CO2 reinkommt. Sie erreichen ihre CO2 Sättigung auch schneller als C3 Pflanzen, die das CO2 nicht so gut binden können und an sich immer mehr und mehr verwerten können.
- Fotosynthese: Chlorophyll-Molekül, Redoxreaktion, Lebewesen Fotosynthese. Chlorophyll-Molekül besteht aus Magnesium im aktiven Zentrum, 4 Pyrolringe (oder Tetrapyrol) (= polarer Teil) und eine Phytyl - Kette (unpolarer Teil). Es gibt kleine Unterschiede zwischen den verschiedenen Chlorophyll Typen. Typ b ist polarer als a. Das ist wichtig um zu wissen, wo es sich besser lösen würde. Fotosynthese ist eine Redoxreaktion. Halobakterien betreiben Fotosynthese, Cyanobakterien ebenfalls. Sie sind phototroph, entwickeln also mittels Lichtenergie Zucker für ihren Organismus. Rotalgen mittels Rodhopsin.
- Fotosynthese: Chloroplasten Aufbau, Elektronenfluss -> lichtabhängige Reaktion, Ziel der lichtab. Reaktion. Chloroplasten haben zwei Hüllmembranen (Envelopes), in ihnen sind Thylakoide drin. Thylakoid besitzt das für die Fotosynthese notwendige Gesamtsystem. Die wässrige Matrix nennt man Stroma. Thylakoide sind aufgeteilt in Stroma und Granathylakoide. Chlorophylle sind innen drin. Photosystem 2 und 1, Lichtsammelkomplexe, Reaktionszentren und ATP Synthase sind drinnen. Das Z Schema beschreibt den Elektronenfluss bei der lichtabhängigen Reaktion. 1. Photolyse des Wassers, Licht und Mangan Zentrum spaltet Wasser- Molekül in 2 Elektronen, 2 Protonen und 1/2 Sauerstoff Molekül. 2. Elektronen werden auf das Chlorophyll Molekül P680 übertragen. 3. Elektronen werden über diverse Redoxsysteme übertragen bis letztendlich der Wasserstoff Transporter NADP zwei Protonen aufnimmt und zum reduzierten NADPH/H wird. Ziel der lichtabhängigen Reaktion: Wasserstoff muss für die Dunkelreaktion bereitgestellt werden. Das Z Schema zeigt dass Wasserstoff nicht als Gas also H2 entsteht sondern in seine Elementarteilchen zerlegt wird. Da Wasser ein recht positives Redoxpotenzial hat und NADP ein negativeres, können Elektronen nicht so einfach auf diesen übertragen werden. Daher gibt es die Chlorophyll Moleküle und die Redoxsysteme die mit Hilfe von Sonnenlicht die Potenziale immer so verändern, dass am Ende die Elektronen ihren Weg zum NADP finden.
- Fotosynthese: Dunkelreaktion, Weg der Glucose zu den Orten des Verbrauchs. Die Dunkelreaktion beschreibt die Assimilation, also Fixierung von CO2 in Glucose. Dabei werden die Reduktionsäquivalente der Lichtreaktion ATP und NADPH + H benötigt. Das Enzym Rubisco katalysiert diese Fixierung und leitet den Calvin Zyklus ein: 1. Carboxyilierung: Unter ATP Verbrauch (ATP wird zu ADP): C Atom wird auf C5 Körper übertragen, es entsteht ein C6 Körper welches in 2 C3 Körper zerfällt. 2. Reduktion: Unter NADPH/H Verbrauch entsteht Glucose und damit der Kreislauf fortgesetzt wird, muss 3. Regeneration stattfinden. Aus der entstandenen GAP wird Glukose aufgebaut. Dazu werden pro Glukosemolekül zwei Moleküle GAP benötigt. Aus Glukose, einem ringförmigen Molekül, wird anschließend Stärke gebildet. Sie besteht aus langen Ketten von Glukosemolekülen und wird zunächst in kleinen Stärkekörnern (Granula) im Chloroplasten gelagert. Bei Bedarf wird die Stärke in den Transportzucker Saccharose, bestehend aus zwei Glukosemolekülen, zerschnitten und über das Phloem an den Bestimmungsort transportiert.
- C3 Pflanzen. C3 Pflanzen betreiben bei normalen Temperatur- und Lichtverhältnissen Fotosynthese. Der überwiegende Teil der höheren Landpflanzen sind C3 Pflanzen. Der Name kommt daher, dass bei der Dunkelreaktion im Calvin Zyklus bei der Carboxylierung von CO2 in Glucose durch Rubisco erstmal Ribulose 1,5- Bisphosphat fixiert wird. Es entsteht ein C6 Körper der in 2 stabile C3 Körper zerfällt.
- C4 Pflanzen. C4 Pflanzen kommen an heißen und trockenen Gebieten mit viel Lichteinstrahlung vor. Dazu gehören Mais und Zuckerrohr. Da sie ihre Stomata schließen müssen um Transpiration und somit Wasserverlust und Trockenheit zu vermeiden, ist die CO2 Aufnahme Rate verringert. Diese brauchen sie jedoch um Glucose herzustellen. Daher können C4 Pflanzen schon kleinste Mengen von CO2 fixieren und verwerten. Im Gegensatz zu C3 Pflanzen sind bei C4 Pflanzen das erste Zwischenproduktim Calvin Zyklus Oxalacetat. Also ein C4 Körper. Hier wird vor allem mit Hilfe des PEP Carboylase Enzym gearbeitet, welches CO2 besonders gut bindet.
- CAM Pflanzen. CAM Pflanzen halten tagsüber ihre Stomata geschlossen und nachts zwecks CO2 Fixierung geöffnet. Sie haben also zeitliche Trennung zwischen CO2 Fixierung und Calvin Zyklus. Auch hier wird wie bei den C4 Pflanzen mit dem Enzym PEP Carboxylase gearbeitet, was Oxalacetat zu Malat reduziert, welches in der großen Vakuole in Form von Äpfelsäure gespeichert wird. Tagsüber findet dann der Calvin Zyklus statt und die Stoffe werden verarbeitet. Familie der Crassulaceen gehören zu diesen Pflanzen.