Biologie (Fach) / Bio 3 Dietrich (Lektion)

Photosynthese

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• 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 H2O wird oxidiert CO2 reduziert
• Kann die photosynthetische O2-Produktion in Abwesenheit von CO2 erfolgen? Begründen Sie Ihre Angabe Ja, wenn ein anderer synthetischer Elektronen-Akzeptor (A) vorhanden ist, z.B. Fe3+ (hier in Kaliumferricyanid). Dieser Akzeptor wird dann reduziert. Sauerstoffbildung hört auf, wenn alle Fe3+ Ionen zu Fe2+ Ionen überführt wurden. Das nennt sich Hill-Reaktion.
• Wie lässt sich nachweisen, dass der photosynthetisch produzierte Sauerstoff nicht aus dem CO2 sondern aus dem H2O stammt? Mit Hilfe der Hill Reaktion: H20 + A ½ O2 + H2A Sauerstoff wird auch ohne CO2 gebildet kommt nicht aus CO2
• Charakterisieren Sie in Stichworten die Lebensweise von Pflanzen bezüglich ihrer Energiequelle, Kohlenstoffquelle und der Nutzung von Wasserstoff-Donoren Wenn H2O Wasserstoffdonor ist: oxygene Photosynthese (o2 aus H2O) Andere Wasserstoffdonoren: anoxygene Photosynthese (z.B. S2 aus H2S)
• Welches ist das erste CO2-Fixierungsprodukt der C3-Photosynthese? 3-Phosphoglycerat, auch PGA genannt (CO2 ist in Phosphoglycerinsäure eingebaut)
• Welches sind die Produkte der photosynthetischen Lichtreaktionen? (auch Thylakoidreaktionen) O2, ATP, NADPH + H+ (Dunkelreation, auch Stromareaktion: unter ATP und NADPH Verbrauch CO2 in Kohlenhydrate)
•   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!)? Allgemein gillt: Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Energie. Also vielleicht 150 kJ?????
• Skizzieren und beschreiben Sie das Absorptionsspektrum von Chlorophyll. siehe Word-Dokument
• Welche Aussagen sind richtig, welche falsch? Robert Hill wies nach, ( R, F ) a) dass Chloroplasten O2 unabhängig von CO2 bilden können b) dass Chloroplasten im Dunkeln O2 bilden können c) dass Kaliumferricyanid als Elektronendonator in den Lichtreaktionen genutzt werden kann d) dass aufgebrochene Chloroplasten im Licht künstliche Elektronenakzeptoren reduzieren richtig: a und d falsch: b und c(wäre richtig: El-Akzeptor)
• Durch welchen Mechanismus gelangt die Energie der Lichtsammelfalle zum Reaktionszentrum von Photosystem II? Lichtsammelfalle kann wie Trichter gesehen werden. Das Phycobilisom dingBild in WordDa wird das Licht von außen nach innen geleitet. Von PE PC AP. Jedes Antennenpigment hat eine geringere Anregungsenerige als das vorige und absorbiert bei gleicher oder größerer Wellenlänge. So wird die Energie bis nach ganz innen zum Chlorophyll a ins Reaktionszentrum geleitet. Das liegt da in der Thylakoidmembran. Das nennt sich Resonanz. (oder Resonanztransfer)(durch Schwingungen, nahe Verlustfrei)
• Ist der energetische Wirkungsgrad der Photosynthese grüner Pflanzen bei Bestrahlung mit rotem oder mit blauem Licht höher? Begründen Sie Ihre Entscheidung. Bei blauem Licht, da das kurzwelliger und somit energierreicher ist als das langwellige rote. (Das Chlorophyllmolekül wird auf den 2. Anregungszustand überführt, nicht „nur“ auf den 1.)
• Nennen Sie drei Antennenpigmente in Chloroplasten grüner Pflanzen Phycoerythrin, Phycocyanin und Allophycocyanin
• Beschreiben Sie einen Versuch, mit Hilfe dessen das Aktionsspektrum der Photosynthese erfasst werden kann Engelmann-Versuch: Sonnenlicht wird durch Prisma in verschiedene Spektralbereiche aufgetrennt. Pflanze wird bestrahlt (z.B Grünalge), wobei verschiedene Zellen mit versch Licht bestrahlt werde. Teils blau, grün, rot. Der entstehende Sauerstoff dient als Maß für die photosnythetisch wirksamen Wellenlängen. Dafür werden aerotaktische Bakterien benutzt. Rausgefunden: Ansammlung bei blau und rot viel O2; kaum bei grün wenig O2 (Grünlücke)
• Geben Sie die Strukturformel von Plastochinon an. Welche Eigenschaften besitzt Plastochinon, wo ist es lokalisiert und wozu dient es während der Lichtreaktionen? Bild in Word zwischen PSII und PSI; transportiert Elektronen und H+, ist frei beweglich in der Thylakoidmembran
• Warum werden für den nichtzyklischen Elektronentransport bei der oxygenen Photosynthese zwei Photosysteme benötigt? ???
• Photosystem I (PSI) und Photosystem II (PSII) sind räumlich voneinander getrennt. Wie gelangen die Elektronen von PSI zu PSII? Elektronentransport?????? Aber wie genau…
• Welche Produkte entstehen beim zyklischen Elektronentransport? Nur ATP Synthese
• Nennen Sie einen Inhibitor des photosynthetischen Elektronentransports Mangan??????
• Wofür dient der Q-Zyklus? Aufbau pH-Gradient (Oxidation des PQH2)
• Beschreiben Sie den prinzipiellen Aufbau von Chlorophyll (ohne Strukturformel) und seine Absorptionseigenschaften. Welches Löslichkeitsverhalten besitzt Chlorophyll und worauf ist dieses zurückzuführen? Lipidlöslich, zurückzuführen auf den Phytol-rest. Aufbau etc….?????
• Zeichnen Sie die Strukturformel von Chlorophyll a und benennen Sie den Teil, der für die hohe Lipidlöslichkeit verantwortlich ist. Bild ind Word
• Warum kann Licht längerer Wellenlänge als 700 nm nicht für die oxygene Photosynthese grüner Pflanzen genutzt werden? Weil ab da das PSII nicht mehr funktioniert. Nur noch das PSI absorbiert, und es ist kein ausgewogenes Verhältnis mehr. Der Mangel der PSII Produkte, vermindert die Leistung des Gesamtsystems.
• Aus welchen Komponenten besteht die protonenmotorische Kraft? Kraft der elektrochemischen Protonengradienten, der über eine energierübertragende Membran erzeugt wird, wenn el exergonisch durch die eltransportkette v Mitochondrien, Chloroplasten und Bakterien fließen. Besteht aus Gaskonstante, absoluter Temperatur, Faradaykonst, el potenzialdifferenz zw den beiden massiven Phasen, die durch die betreffende Membran getrennt werden.
• Wieviel Protonen werden für die Synthese von ATP über die Thylakoidmembran transportiert? ???
• Definieren Sie den Begriff „Protonenmotorische Kraft“ und geben Sie die Einheit an. ????
• Warum gibt es eine feste Stöchiometrie zwischen Protonentransport und ATP-Synthese in den Chloroplasten? ????
•  In welche Richtung werden die Protonen während der photosynthetischen ATP-Synthese transportiert? ???
• Wie lautet die Nettoreaktionsgleichung für die Dunkelreaktionen der Photosynthese grüner Pflanzen? Wo finden diese Reaktionen statt? Mit welchem Namen werden diese Reaktionen zusammengefasst? Stromareaktionen, finden im Stroma statt. (Calvin-Cyclus+CO2 Fixierung), 6CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP + 12 H2O C6H12O6 + 12 NADP+ +18 ADP + 18 Pi
• Welche Reaktionen werden durch die RubisCO katalysiert? Geben Sie die Reaktionsgleichungen an. Fixierung von CO2 und von Sauerstoff ( Oxygenase)Calvin: 3 CO2 + 6 NADPH + 6H + 9ATP Triose (GAP) + 3H2O+ 6NADPH + 9ADP + 9P ?????
• In welchen drei Kompartimenten bzw. Organellen laufen die Teilschritte der Photorespiration ab und in welchem davon wird dabei CO2 frei? Chloroplasten, Peroxisom und Mitochondrium, da wird CO2 frei
• Warum stellt die Oxygenaseaktivität der RubisCO vor allem bei höheren Temperaturen und Trockenheit ein Problem dar? Die Pflanzen schließen ihre Stomata zum Schutz vor Verdunstung. Es kommt zu einem Mangel an CO2 und der Calvin-Zyklus kommt zum Erliegen. Die Photosytnhese geht jedoch weiter. Dadurch fehlen ADP und NADPH, auf die die Energie übertragen werden kann. Der folgende Elektronen „Stau“ kann die Chloroplasten schädigen.
• Welche besondere Blattanatomie ist charakteristisch für viele C4Pflanzen? In welchem Zelltyp läuft in diesen Pflanzen der Calvin-Zyklus ab? Kranzanatomie: Bündelscheidenzellen sind kranzförmig um das Phloem angeordnet. Die C4 Photosynthese ist also räumlich getrennt. Die Bzellen sichn dicht von Mesophyllzellen umgeben. In den Bündelscheidenzellen.
• 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) Meso: Granathylakoide, Carboanhydrase-Aktivität, Lichtreaktionen der Photosynthese, Carboxylierung von Phosphoenolpyruvat und Reduktion zu Malat Bündel: Stärkekörner, CO2-Fixierung durch RubisCO
• Warum kann die PEP-Carboxylase CO2 im Gegensatz zur RubisCO auch bei hohen Temperaturen und niedrigen CO2-Konzentrationen fixieren? Weil sie sehr CO2 affin ist und nicht an O2 bindet.
• Definieren Sie die Begriffe „CO2-Kompensationspunkt“ und „LichtKompensationspunkt“. Wie unterscheiden sich C3- und die C4-Pflanzen in Bezug auf diese beiden Parameter? Lichtkp: Der Punkt, bei dem Photosyntheserate und Atmung im Gleichgewicht sind. CO2p: Der CO2Konzentration, an dem Photosyntheserate und Respirationsrate ausgewogen sind. CO2: bei C3 ist die CO2-Konz anhängig von der Temperatur: bei hoher Temp ist die Potosyntheseeffizient geringer. Bei C4 ist er temp keinen Einfluss Licht: bei C4 niedriger, deswegen brauchen die weniger Lichtintensität um den Bereich des Stoffgewinns zu erreichen.
• Welches Enzym katalysiert in C4-Pflanzen die reversible Fixierung von CO2? Wie lautet die Reaktionsgleichung (ohne Strukturformeln)? Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEP-C)
•  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 C3Pflanzen d) C3-Pflanzen sind an höhere Temperaturen und trockenere Bedingungen adaptiert e) C4 Pflanzen öffnen nachts ihre Stomata um CO2 zu fixieren richtig: b und c falsch: a, d und e

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