Q2 Fotosynthese Und Zellenaufbau Und Ökologie Klausur Flashcards
(33 cards)
Wachshaltige (obere) cuticula (hydrophob) : schutz vor unkontrollierten wasserverlust durch verdunstung)
Obere epidermis (ohne chloroplasten, schutz de laubblattes sowohl vor äußeren einflüssen als auch Wasserverlust)
Palisadengewebe : langestreckten phahlförmige zellen, senktrecht zur epidermis stehend , viele chloroplasten enhaltend , ermöglichem dem licht durch (oberflächenvergößerung möglichst viele zellen zu erreichen)
SChwammgewebe: unregelmäßig geformte zellen, die in größeren abständen zueinander angeordnet sind, wenig chloroplasten
interzellulare : die Interzellulare (großen Zwischenräume) ermöglichen Gasaustausch (diffusion von co2 und 02 Sowie wasserdampf speicherung)
(Kreis : Leitbündel : durchziehen die pflanze von den Wurzeln bis hin zu den Blättern , sind für den transport von stoffen innehrhalb der Pflanze verantwortlich)
Xylem (dunkler) : wassertransport aus den wurzeln in die Blätter Funktioniert mit xylem )
pholem: teil des leitbündels die photosyntheseprodukte von den blättern in andere teile der Pflanze transportiert.
Schließzellen mit spaltöffnung:stomata : können ihre Form je nach Wassergehalt im Schwammgewebe ändern, regulieren gasaustausch sowie transpiration (abgabe von wasserdampf)
Untere epidermis : wie obere epidermis
Kompartimentierung :Luft und wasserdichte abdichtung
Laubblatt querschnitt
Querschnitt eines Laubblattes (Abi Hessen)
1. Wachshaltige (obere) Cuticula (hydrophob)
Die Kuticula ist eine wasserabweisende, wachsartige Schutzschicht auf der oberen/unteren Epidermis. Sie schützt das Blatt vor unkontrolliertem Wasserverlust durch Verdunstung (Transpiration) und verringert somit den Wasserverlust besonders an heißen oder trockenen Tagen. Zusätzlich dient sie als Barriere gegen Krankheitserreger, Schadstoffe und mechanische Einwirkungen.
- Obere Epidermis
Diese Zellschicht liegt direkt unter der Cuticula und besteht aus flachen, lückenlos aneinander liegenden Zellen ohne Chloroplasten. Ihre Hauptfunktion ist der Schutz des Blattes vor äußeren Einflüssen wie UV-Strahlung, mechanischen Verletzungen oder dem Eindringen von Mikroorganismen. Zudem reguliert sie durch ihre Stabilität den Wasserhaushalt des Blattes, indem sie Wasserverlust minimiert.
- Palisadengewebe (Palisadenparenchym)
Diese Zellschicht befindet sich direkt unter der oberen Epidermis und besteht aus langgestreckten, säulenförmigen Zellen, die senkrecht zur Epidermis angeordnet sind. Sie enthalten eine besonders hohe Anzahl an Chloroplasten, was sie zur Hauptstelle der Photosynthese macht. Durch die senkrechte Anordnung und die hohe Zelldichte wird die Lichtabsorption maximiert. Dies ist besonders wichtig, da das Blatt möglichst viel Sonnenenergie für die Synthese von Glucose nutzen muss.
- Schwammgewebe (Schwammparenchym)
Die Zellen des Schwammgewebes sind unregelmäßig geformt und weniger dicht angeordnet als die des Palisadengewebes. Sie enthalten nur wenige Chloroplasten, tragen aber dennoch in geringem Maße zur Photosynthese bei. Die Hauptfunktion des Schwammgewebes liegt jedoch in der Regulation des Gasaustauschs:
Die großen Interzellularräume (Luftzwischenräume) erleichtern die Diffusion von Kohlenstoffdioxid (CO₂), Sauerstoff (O₂) und Wasserdampf (H₂O) zwischen den Zellen und den Spaltöffnungen (Stomata).
CO₂ kann effizient aus der Umgebung aufgenommen und zur Photosynthese genutzt werden.
O₂, das als Nebenprodukt der Photosynthese entsteht, kann schnell nach außen abgegeben werden.
Die Speicherung von Wasserdampf in den Interzellularräumen ist wichtig für die Transpiration, die den Wassertransport in der Pflanze aufrechterhält.
5. Leitbündel (Xylem und Phloem)
Das Leitbündel durchzieht die gesamte Pflanze von den Wurzeln bis zu den Blättern und ermöglicht den Transport lebenswichtiger Stoffe. Es besteht aus zwei Hauptkomponenten:
Xylem (dunkler Bereich des Leitbündels)
Transportiert Wasser und gelöste Mineralstoffe aus den Wurzeln in die Blätter.
Dieser Transport erfolgt durch den Transpirationssog (Wasserdampfabgabe durch die Spaltöffnungen) sowie durch Kapillarkräfte und Wurzeldruck.
Phloem
Transportiert die in der Photosynthese gebildeten Assimilate (z. B. Zucker) aus den Blättern in andere Pflanzenteile, wo sie als Energiequelle oder Baumaterial dienen.
Die Bewegung der Stoffe erfolgt durch den Druckstrommechanismus.
6. Schließzellen mit Spaltöffnungen (Stomata)
Die Stomata befinden sich hauptsächlich auf der unteren Epidermis und sind für den Gasaustausch sowie die Transpiration verantwortlich. Sie bestehen aus zwei bohnenförmigen Schließzellen, die ihre Form abhängig vom Wassergehalt im Schwammgewebe verändern können:
Bei hohem Wassergehalt: Die Schließzellen sind prall (turgid) und die Spaltöffnung ist weit geöffnet → CO₂-Aufnahme und Wasserdampfabgabe sind hoch.
Bei Wassermangel: Die Schließzellen erschlaffen und schließen die Spaltöffnung → Wasserverlust wird minimiert.
Die Regulation der Spaltöffnungen hilft der Pflanze, ihren Wasserhaushalt an wechselnde Umweltbedingungen anzupassen.
- Untere Epidermis
Diese Zellschicht entspricht in ihrer Funktion der oberen Epidermis. Sie bietet Schutz vor Wasserverlust und äußeren Einflüssen. In der unteren Epidermis befinden sich jedoch die meisten Stomata, da diese Seite des Blattes weniger direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist und somit der Wasserverlust durch Verdunstung reduziert wird.
- Kompartimentierung
Das Blatt ist durch verschiedene Gewebeschichten luft- und wasserdicht voneinander abgegrenzt. Diese Kompartimentierung sorgt dafür, dass verschiedene Prozesse effizient ablaufen können:
Photosynthese im Palisadengewebe,
Gasaustausch im Schwammgewebe,
Stofftransport durch das Leitbündel.
Ergänzung text
Chloroplast
Organelle des Chloroplasten:
Fotosynthese Nettogleichung
6 Co2+ 6H2O= c6H12O6+ 6O2
Co2 Wasser. Glucose+ sauerstoff
Glucose kann weiterverarbeitet werden:
In der Zellatmung zur Energiegewinnung (ATP)
Zur Speicherung als Stärke (in Pflanzen) oder Glykogen (in Tieren)
Als Baustein für Zellulose, die Zellwände von Pflanzen bildet
Aufbau chloroplast
Doppelmembran: Umgibt den Chloroplasten und reguliert Stoffaustausch.
Stroma: Flüssigkeit im Inneren mit Enzymen für die Calvin-Zyklus (lichtunabhängige Reaktion).
Thylakoidmembran: Enthält Fotosysteme mit Chlorophyll für die lichtabhängige Reaktion.
Thylakoide: Membranstapel (Granum) zur Vergrößerung der Oberfläche für Lichtabsorption.
Granum (Mehrzahl: Grana): Stapel aus Thylakoiden, wo die Lichtreaktion abläuft.
DNA und Ribosomen: Chloroplasten können einige ihrer Proteine selbst synthetisieren.
Einzahl: Thylakoid (ein einzelnes scheibenförmiges Membransystem)
Mehrzahl: Thylakoide (mehrere dieser Membransysteme)
Ein Stapel von Thylakoiden: Granum (Singular)
Mehrere Stapel: Grana (Plural)
Bedeutung der Außenfaktoren für die Fotosynthese
Lichtintensität: Mehr Licht steigert die Fotosynthese bis zur Sättigung.
CO₂-Konzentration: Höhere CO₂-Werte erhöhen die Fotosynthese bis zur Sättigung.
Temperatur: Enzyme der Fotosynthese arbeiten optimal bei 25–35 °C.
- RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel)
Die RGT-Regel besagt:
→ Eine Temperaturerhöhung um 10°C verdoppelt (bis verdreifacht) die Reaktionsgeschwindigkeit enzymatischer Prozesse.
Anwendung auf die Fotosynthese:
Bei steigender Temperatur steigt die Enzymaktivität.
Über einem Optimum (ca. 35–40°C) denaturieren die Enzyme → Fotosyntheseleistung nimmt ab
Absorption und Reflexion von Licht verschiedener Wellenlängen
Blaues (450 nm) & rotes Licht (680 nm): Wird stark absorbiert, fördert die Fotosynthese.
Grünes Licht (500–550 nm): Wird reflektiert → Blätter erscheinen grün.
Bedeutung des Chlorophylls
Bedeutung des Chlorophylls
Chlorophyll a & b absorbieren Lichtenergie für die Fotosynthese.
Chlorophyll ist der Hauptbestandteil der Fotosysteme I und II.
Unterschied zwischen Absorptions- und Wirkungsspektrum
Chlorophyll absorbiert.
Wirkungsspektrum: Zeigt, bei welchen Wellenlängen die Fotosyntheserate am höchsten ist.
→ Beide Spektren ähneln sich stark, da die Fotosynthese von Lichtabsorption abhängt!
Prinzip der Lichtsammelfalle (Fotosysteme I & II)
Chlorophyllmoleküle in den Fotosystemen I und II sammeln Lichtenergie.
Energie wird an ein zentrales Reaktionszentrum weitergegeben.
Elektronen werden angeregt und durch die Elektronentransportkette transportiert. Das Fotosystem II (PS II) ist der erste Schritt der lichtabhängigen Reaktion in der Fotosynthese. Es liegt in der Thylakoidmembran der Chloroplasten und hat folgende Hauptfunktionen:
- Absorption von Licht und Anregung von Elektronen
Lichtenergie trifft auf das Reaktionszentrum (P680), ein spezielles Chlorophyll-a-Molekül, das optimal Licht mit einer Wellenlänge von 680 nm (rotes Licht) absorbiert.
Die Energie hebt Elektronen auf ein höheres Energieniveau.
2. Wasserspaltung (Photolyse) zur Elektronennachlieferung
Um die verlorenen Elektronen zu ersetzen, wird Wasser gespalten:
2
H
2
O
→
4
H
+
+
4
e
−
+
O
2
2H
2
O→4H
+
+4e
−
+O
2
Ergebnis:
Elektronen werden ins PS II eingespeist.
Sauerstoff (O₂) wird als Nebenprodukt freigesetzt.
Protonen (H⁺) tragen zum Protonengradienten für die ATP-Synthese bei.
- Lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese (Detaillierte Beschreibung)
Findet in der Thylakoidmembran statt und umfasst:
Fotosystem II (PS II):
Lichtenergie spaltet Wasser (Photolyse):
2
H
2
O
→
4
H
+
+
4
e
−
+
O
2
2H
2
O→4H
+
+4e
−
+O
2
Elektronen werden durch die Elektronentransportkette weitergegeben.
Elektronentransportkette & ATP-Synthese:
Elektronen werden entlang von Membranproteinen transportiert.
Protonengradient entsteht → ATP-Synthase produziert ATP (Chemiosmose).
Fotosystem I (PS I):
Lichtenergie hebt Elektronen auf ein höheres Energieniveau.
Elektronen + H⁺ werden auf NADP⁺ übertragen → Bildung von NADPH.
🔹 Ergebnis: ATP & NADPH werden für den Calvin-Zyklus bereitgestellt
Elektronentransport zur ATP-Bildung
Die angeregten Elektronen werden über die Elektronentransportkette zu Fotosystem I (PS I) weitergeleitet.
Dabei wird Energie frei, die genutzt wird, um H⁺-Ionen ins Thylakoidinnenraum zu pumpen → es entsteht ein Protonengradient.
Dieser Protonengradient treibt die ATP-Synthese (Chemiosmose) an:
H⁺-Ionen strömen durch die ATP-Synthase, was zur Synthese von ATP aus ADP und P(phospor) h+ treibt das an
i
i
führt
Lichtspektren – Wellenlängen von blauem und rotem Licht
Das sichtbare Licht reicht von 400 nm (violett) bis 700 nm (rot). Für die Fotosynthese sind besonders zwei Bereiche wichtig:
Blaues Licht (ca. 400–500 nm)
Hat mehr Energie als rotes Licht (kürzere Wellenlänge).
Wird stark von Chlorophyll a & b absorbiert.
Fördert die Fotosynthese besonders effektiv.
Rotes Licht (ca. 600–700 nm)
Hat weniger Energie als blaues Licht.
Wird ebenfalls stark von Chlorophyll absorbiert.
Besonders wichtig für die Anregung von PS II (P680) und PS I (P700).
5oo-550 grün-> reflektiert
Gradient
Gradient – Definition und Bedeutung
Ein Gradient beschreibt eine Veränderung einer physikalischen oder chemischen Größe über eine bestimmte Distanz. In der Biologie spielt er eine große Rolle, z. B. in der Fotosynthese:
Konzentrationsgradient: Unterschied in der Stoffkonzentration zwischen zwei Bereichen (z. B. H⁺-Gradient im Thylakoidinnenraum).
Elektrischer Gradient: Unterschied in der Ladungsverteilung (z. B. durch Protonenbewegung während der ATP-Synthese).
Druckgradient: Unterschied im hydrostatischen Druck (z. B. Wassertransport in Pflanzen).
Lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese (Detailliert & Ausführlich)
Diese Reaktion findet in der Thylakoidmembran der Chloroplasten statt. Sie besteht aus mehreren Schritten:
- Absorption von Licht durch Fotosystem II (PS II)
Das Fotosystem II (PS II) enthält das Chlorophyll-a-Molekül P680, das Licht mit 680 nm absorbiert.
Lichtenergie hebt Elektronen auf ein höheres Energieniveau.
Diese hochenergetischen Elektronen werden an die Elektronentransportkette abgegeben. - Wasserspaltung (Photolyse) – Elektronennachschub für PS II
Um die verlorenen Elektronen zu ersetzen, wird Wasser gespalten:
2
H
2
O
→
4
H
+
+
4
e
−
+
O
2
2H
2
O→4H
+
+4e
−
+O
2
Ergebnis:
Elektronen gehen ins PS II über.
Sauerstoff (O₂) wird als Abfallprodukt freigesetzt.
H⁺-Ionen erhöhen den Protonengradienten im Thylakoidinnenraum.
3. Elektronentransportkette und ATP-Synthese
Die Elektronen wandern über Plastochinon (PQ) und Cytochrom-b6f-Komplex zur nächsten Station: Fotosystem I (PS I).
Dabei wird Energie genutzt, um H⁺-Ionen ins Thylakoidinnenraum zu pumpen → Protonengradient entsteht.
H⁺-Ionen strömen durch die ATP-Synthase zurück ins Stroma → dies treibt die ATP-Bildung an:
A
D
P
+
P
i
→
A
T
P
ADP+P
i
→ATP
4. Absorption von Licht durch Fotosystem I (PS I)
Fotosystem I enthält P700, das Licht mit 700 nm absorbiert.
Die Elektronen werden erneut auf ein höheres Energieniveau gehoben.
Sie werden über Ferredoxin (Fd) auf NADP⁺ übertragen, sodass NADPH entsteht:
N
A
D
P
+
+
2
e
−
+
H
+
→
N
A
D
P
H
NADP
+
+2e
−
+H
+
→NADPH
🔹 Ergebnis der lichtabhängigen Reaktion:
ATP und NADPH als Energiequellen für den Calvin-Zyklus.
O₂ als Nebenprodukt der Wasserspaltung
Die angeregten Elektronen fließen vom primären Elektronenakzeptor über eine
Elektronentransportkette vom Fotosystem 2 (P680) zum Fotosystem 1 (P700). Diese Kette
besteht aus verschiedenen Proteinkomplexen, die als Redoxsysteme fungieren. Diese sind
zunächst Plastochinon, dann ein Komplex aus zwei Cytochrom-Proteinen und schließlich das
kupferhaltige Protein. Plastocyanin. Der Fluss der Elektronen durch die Transportkette ist ein
exergonischer Prozess, den man sich als eine Art Energiekaskade vorstellen kann, d.h. beim
Transport von einem Protein zum nächsten wird Energie frei, die dazu genutzt wird ein
Konzentrationsgefälle von Wasserstoffionen zwischen Thylakoidinnenraum und Stroma
aufzubauen. Im Innenraum ist die Konzentration sehr hoch, im Stroma zunehmend niedriger.
Dieses Konzentrationsgefälle wird zur ATP-Synthese genutzt. Der Vorgang der ATP-
Produktion wird als Fotophosphorylierung bezeichnet. (Er verläuft in diesem Fall
nichtzyklisch, d.h von einem Fotosystem zum anderen).
Calvin zyklus prinzip ( lichtunabhängige Reaktion)
Findet im Stroma der Chloroplasten statt und nutzt ATP & NADPH aus der Lichtreaktion.
- Kohlenstofffixierung
Enzym RuBisCO fixiert CO₂, indem es mit Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) reagiert.
Es entsteht instabile Zwischenverbindung, die in 3-Phosphoglycerat (3-PGA) zerfällt. - Reduktionsphase
ATP & NADPH wandeln 3-PGA in Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) um.
Ein Teil von G3P wird für die Glucosebildung genutzt. - Regeneration von RuBP
Ein anderer Teil von G3P wird mit Hilfe von ATP zurück in RuBP umgewandelt.
So kann der Zyklus erneut ablaufen.
🔹 Ergebnis:
Ein Glucose-Molekül entsteht nach 6 Durchläufen des Zyklus.
Der Calvin-Zyklus ist der wichtigste Prozess der Photosynthese, bei dem Pflanzen Kohlendioxid (CO₂) in Zucker umwandeln. Er läuft in drei Phasen ab:
Fixierung: Das Enzym Rubisco bindet CO₂ an ein Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP), wodurch instabile Moleküle entstehen, die sich in 3-Phosphoglycerat (3-PGA) spalten.
Reduktion: Durch Energie aus ATP und Elektronen aus NADPH wird 3-PGA in Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) umgewandelt, einem energiereichen Zucker.
Regeneration: Ein Teil des G3P wird zur Glucosebildung genutzt, während der Rest mit Hilfe von ATP wieder zu RuBP regeneriert wird, um den Zyklus erneut zu starten.
Dieser Prozess findet im Stroma der Chloroplasten statt und ist entscheidend für die Bildung von organischer Biomasse
C4 pflanzen
Mesophyllzellen besitzen keinen direkten calvinzyklus sondern ein enzym, das co2 auf c3 molkeühl überträgt, sodass ein weiteres c4 molekül entsteht, dieses in malat umwegandelt wird in leitbündelscheidenzelle transportiert wird. Dort wird schließlich co2 abgespalten und fließt in den calvinzyklus
Räumliche Trennung von co2 (mesophylzellen und leitbündelscheidenzellen )
Co2 durch bindung an c3 körper (oxalaetat.)-> malat (c4 körper ) namensgebung
Wassersparender, höherer energieverbrauch (Pumpe)
Abweichender blattaufbau (Mesophyllzellen statt Schwammpalisadenparechym)
Speicherung in mesophylzellen
Das CO₂ wird in Form von Malat oder Aspartat gespeichert und später in den Bündelscheidenzellen wieder freigesetzt.
Dadurch wird eine hohe CO₂-Konzentration rund um Rubisco erzeugt, was die Photorespiration fast vollständig verhindert.
Haben eine räumliche Trennung der CO₂-Fixierung und des Calvin-Zyklus:
Mesophyllzellen: CO₂ wird durch PEP-Carboxylase in eine Vier-Kohlenstoff-Verbindung (Malat oder Aspartat) umgewandelt.
Transport & Speicherung: Diese C4-Verbindung wird in Vakuolen oder Plasmodesmen gespeichert und in die Bündelscheidenzellen transportiert.
CO₂-Freisetzung: In den Bündelscheidenzellen wird das CO₂ wieder freigesetzt und dort erst dem Calvin-Zyklus zugeführt.
Abstapltung des co2 und energieverbrauchendes pumpen in die Letbündelscheidezellen in denen der Calvin-Zyklus stattfindet
Vorteil: Durch Speicherung des co2 müssen stomata weniger geöffnet werden ( geringer h20 verlust)
Nachteil: höherer energieverbraucvh durch
co2 pumpe In der PUmpe gepseichert und nach bedarf
Zum calvin Zyklus gepumpt ( c4-pflanzen hohe konezration soll ich bilden aufkonzetriert)
Ökologie Fachbegriffe liste
Optimum: Beste Bedingung für das Überleben.
Pessimum: Bereich, in dem Organismen überleben, sich aber nicht fortpflanzen können.
Minimum/Maximum: Äußere Grenzen der Lebensfähigkeit.
Euryök/stenök: Breite vs. enge Toleranz für mehrere Umweltfaktoren.
Deine Zusammenfassung (leicht angepasst für bessere Klarheit):
✔ “Steno-“ bedeutet „eng“ (geringe Toleranz).
✔ “Eury-“ bedeutet „weit“ (hohe Toleranz).
✔ “Therm” bezieht sich auf Temperatur.
✔ “Potent” bezieht sich auf die Anpassungsfähigkeit eines Organismus an einen einzelnen Umweltfaktor.
✔ “Ök” bezieht sich auf die Umweltbedingungen allgemein (mehrere Faktoren)
Stenök: Organismen, die einen kleinen Toleranzbereich gegenüber mehreren Umweltfaktoren haben. Beispiel: Orchideen, die nur in bestimmten Tropenregionen gedeihen.
• Euryök: Organismen, die große Toleranzbereiche für mehrere Umweltfaktoren haben. Beispiel: Ratten, die in vielen verschiedenen Lebensräumen überleben können.
Biotische Faktoren, Alle wechselwirkungen zu anderen LEbewesen ) (mit EInflüssen von anderen LEbewesen)
-> Biozönose!
Abiotische Faktoren (Einflüsse der unbelebten Umwelt , Physikalisch-chemische Faktoren) -> Biotop
Antropogene (Faktoren vom Menschen ausgehende Einflüsse)
CAM-pflanzen
Co2 vorficierung und speicherung findet nur nachts statt und der calvinzyklus nur tags über
(Niedrigere temperatur höhere luftfeuchtigkeit , tagsüber stomata geschlosse und nur nachts geöffnet, co2 wird gepseichert und tagsüber
Zeitliche trennung von CO2aufnahme nachts -> öffnung der stomata
Mit gerinem h20 verlust
Und calvin zyklus
Fixierung des co2 an einen c3 körper -> entstehung von Malat , das in Vakuolen gespeichert werden kann
-calvin zyklus, Abspaötung des co2aus Malat
Vorteil: Sehr geringer Wasserverlust
NAChteil: in Vakuolen kann nur wenig co2 gespeichert werden; geringe effektivität
Wie normale c3 pflanzen aufgebaut (calvin im cytoplasma der zellorganelle n , keine besondren zellen wie bei c4 pflanzen oder röumliche trennung
Wechselwarme tiere
poikilotherm
Temperatur des körpfers ähnlich umgebungstemperatur
Energiesparend
Aber unflexible starre , bewegungsunfähigkeit eingerschränkte fortpflanzung
