Fotosynthese

Wie lautet das Gesetz des Minimums von Justus Liebig in Bezug auf die Fotosynthese?

Die Fotosyntheseleistung wird durch denjenigen Faktor begrenzt der im Minimum vorliegt.

Wie wird die 'Fotosyntheseintensität' definiert?

Die Stoffproduktion pro Zeiteinheit gemessen etwa als O2-Abgabe oder CO2-Aufnahme.

Welches Gewebe des Laubblattes ist primär für die Fotosynthese verantwortlich und reich an Chloroplasten?

Das Palisadengewebe.

Welche Schicht des Blattes schützt primär vor Wasserverlust durch Verdunstung?

Die Cuticula (Kutikula).

Warum verfügen die Zellen der oberen Epidermis (außer Schließzellen) in der Regel über keine Chloroplasten?

Damit das Licht ungehindert zum darunterliegenden Palisadengewebe durchdringen kann.

Welche Funktion erfüllen die Interzellularen im Schwammgewebe?

Sie ermöglichen den Gasaustausch (CO2-Diffusion ins Blatt O2- und Wasserdampf-Abgabe).

Was versteht man unter dem 'Lichtkompensationspunkt'?

Die Lichtintensität bei der CO2-Aufnahme (Fotosynthese) und CO2-Abgabe (Atmung) gleich groß sind.

Definition: Lichtsättigung

Der Punkt an dem die Fotosyntheseleistung trotz steigender Lichtintensität nicht weiter zunimmt.

Wie unterscheiden sich Sonnenblätter und Schattenblätter in ihrer Dicke?

Sonnenblätter sind dicker als Schattenblätter.

Warum haben Schattenblätter im Vergleich zu Sonnenblättern eine größere Blattfläche?

Um bei geringer Lichtintensität eine maximale Lichtausbeute zu erzielen.

Welches Blatt (Sonnen- oder Schattenblatt) weist pro Flächeneinheit einen höheren Chlorophyllgehalt auf?

Das Schattenblatt.

An welchem Ort innerhalb des Chloroplasten findet der Calvin-Zyklus statt?

Im Stroma.

Nenne die drei Phasen des Calvin-Zyklus in der korrekten Reihenfolge.

1. CO2-Fixierungsphase 2. Reduktionsphase 3. Regenerationsphase.

Wie viele Moleküle CO2 werden benötigt um ein Molekül Glucose (C6H12O6) herzustellen?

6 Moleküle

Welche zwei Produkte der Lichtreaktion werden im Calvin-Zyklus als Energie- und Reduktionsmittel benötigt?

ATP und NADPH + H+

Was ist das erste stabile Zwischenprodukt (ein $C_{3}$-Körper) nach der $CO_{2}$-Fixierung bei $C_{3}$-Pflanzen?

3-Phosphoglycerinsäure (3-PGS).

Durch welche Strategie vermeiden C4-Pflanzen die Photorespiration?

Durch räumliche Trennung von C4-Vorfixierung (Mesophyll) und Calvin-Zyklus (Bündelscheidenzellen).

Wie erreichen CAM-Pflanzen eine Minimierung des Wasserverlustes bei gleichzeitigem Gasaustausch?

Durch zeitliche Trennung: Co2-Fixierung nachts bei offenen Stomata Calvin-Zyklus tagsüber bei geschlossenen Stomata.

In welcher Form speichern CAM-Pflanzen das nachts fixierte CO2 zwischen?

In Form von Äpfelsäure (Malat) in der Vakuole.

Welches Bakterium nutzte Engelmann in seinem Versuch um Orte hoher Fotosyntheseaktivität nachzuweisen?

Sauerstoffliebende (aerotaktische) Bakterien.

Welche Lichtwellenlängen (Farben) erwiesen sich im Engelmann-Versuch als am wirksamsten für die Fotosynthese?

Blaues Licht (ca. 450 nm) und rotes Licht (ca. 680 nm).

Warum sinkt die Fotosyntheseleistung bei sehr hohen Temperaturen drastisch ab?

Aufgrund der Denaturierung der beteiligten Enzyme.

Welche grafische Kurvenform beschreibt die Abhängigkeit der Fotosynthese von der Temperatur?

Eine Optimumskurve.

Welcher Ionen-Einstrom in die Schließzellen führt zum Öffnen der Stomata?

Der aktive Transport von Kaliumionen (K+) in die Schließzellen.

Was passiert mit dem Turgor der Schließzellen wenn Wasser aufgrund hoher Ionenkonzentration nachströmt?

Der Turgor steigt die Zellen dehnen sich (ungleichmäßig) aus und die Spaltöffnung öffnet sich.

Warum ist Magnesium ein essentieller Mineralstoff für die Fotosynthese?

Es ist das Zentralatom des Chlorophyll-Moleküls.

Wie wirkt sich ein niedriger CO2-Gehalt im Blattinneren auf die Schließzellen aus?

Er führt zur Öffnung der Spaltöffnungen.

Wo genau befinden sich die Blattpigmente (wie Chlorophyll) im Chloroplasten?

In der Thylakoidmembran.

Wie nennt man die Stapel von Thylakoiden im Chloroplasten?

Grana (Singular: Granum).

Was ist die Hauptaufgabe des 'Wasserspaltungskomplexes' in der Lichtreaktion?

Die Fotolyse des Wassers zur Gewinnung von Elektronen Protonen und Sauerstoff.

Welche chemische Gleichung beschreibt die Fotolyse des Wassers?

$H_{2}O \rightarrow 2 H^{+} + 2 e^{-} + \frac{1}{2} O_{2}$.

Was versteht man unter 'Starklichtpflanzen' im Vergleich zu 'Schattenpflanzen'?

Pflanzen die an hohe Lichtintensitäten angepasst sind und eine höhere Lichtsättigung sowie einen höheren Lichtkompensationspunkt besitzen.

Welchen Vorteil haben C4Pflanzen (wie Mais) gegenüber C3-Pflanzen bei intensiver Sonneneinstrahlung?

Sie erreichen kaum eine Lichtsättigung und können CO2 auch bei geringen Konzentrationen hocheffizient fixieren.

Was besagt die RGT-Regel im Kontext der temperaturabhängigen Fotosynthese?

Eine Temperaturerhöhung um 10° verdoppelt etwa die Reaktionsgeschwindigkeit (bis zum Optimum).

Warum wird bei Schwachlicht die Temperaturabhängigkeit der Fotosynthese fast aufgehoben?

Weil hier das Licht der begrenzende Faktor ist nicht die (enzymatischen) Synthesereaktionen.

Was ist der Hauptgrund dafür dass Pflanzen bei Wassermangel ihre Fotosynthese drosseln?

Der Verschluss der Stomata zur Minimierung des Wasserverlustes verhindert die notwendige CO2-Aufnahme.

Welche Struktur im Blatt bildet die Verbindung zwischen den Interzellularen und der Außenluft?

Die Spaltöffnung (Stoma).

In welchem Zellkompartiment wird die im Calvin-Zyklus produzierte Glucose bei Überschuss als Stärke gespeichert?

Im Stroma der Chloroplasten.

Was ist die Funktion des 'Antennenkomplexes' (Lichtsammelkomplex) in den Fotosystemen?

Absorption von Lichtenergie und deren Weiterleitung an das Reaktionszentrum.

Welches spezielle Chlorophyll-Paar bildet das Reaktionszentrum im Fotosystem II?

P680.

Welches spezielle Chlorophyll-Paar bildet das Reaktionszentrum im Fotosystem I?

P700.

Wie viel ATP und NADPH werden insgesamt für den Aufbau eines Moleküls Glucose benötigt?

18 ATP und 12 NADPH + H+

Was versteht man unter 'Modifikation' am Beispiel der Buche?

Die Ausbildung unterschiedlicher Blattformen (Sonnen-/Schattenblatt) an einer Pflanze aufgrund unterschiedlicher Umweltbedingungen bei gleicher Genetik.

Warum sind C4-Pflanzen bei Trockenheit im Vorteil?

Sie können ihre Stomata weitgehend schließen und dennoch durch die effiziente CO2-Vorfixierung Fotosynthese betreiben.

Welches Gewebe liegt zwischen Palisaden- und Schwammgewebe?

Im Blattquerschnitt grenzen diese direkt aneinander oder sind durch Leitbündel unterbrochen.

Was ist die 'apparente Fotosynthese'?

Die nach außen hin messbare Gaswechselbilanz (Netto-Fotosyntheserate).

Was ist die 'reelle Fotosynthese'?

Die tatsächlich stattgefundene gesamte Fotosyntheseleistung (Brutto-Fotosynthese).

Warum erscheinen Blätter grün?

Weil das Chlorophyll vor allem blaues und rotes Licht absorbiert und grünes Licht reflektiert.

Welches Organell ist der Ort der Zellatmung die parallel zur Fotosynthese abläuft?

Das Mitochondrium.

Was passiert mit der Fotosyntheseleistung wenn die Lichtintensität über den Sättigungspunkt hinaus extrem gesteigert wird?

Es kann zu Schädigungen des Fotosystems (Fotodestruktion) durch Sauerstoffradikale kommen.

Wie gleichen Wasserpflanzen den langsameren CO2-Transport im Wasser aus?

Durch Wasserbewegungen und die Aufnahme über die gesamte Blattoberfläche (keine Cuticula).

Was ist die Hauptfunktion der unteren Epidermis?

Abschluss des Blattes nach unten und Sitz der meisten Spaltöffnungen.

Aufbau Blatt

Cutikula, Epidermis, Palisadengewebe, Schwammgewebe, Epidermis (mit Spaltöffnung/Stomata)

Welche Funktion hat das Palisadengewebe?

Fotosynthese

Welche Funktion hat das Schwammgewebe?

Gasaustausch

Aufbau Chloroplasten

+ribosome und DNA

Welcher Vorteil entsteht durch die Thylakoide der Chloroplasten?

Eine vergrößerte Membran, mehr Lichtabhängige/-unabhängige Reaktion

Ablauf Öffnen der Spaltöffnung

Kaliumionen (K+) und Choridionen (Cl-) strömen von Nebenzellen in die Schließzellen, mehr gelöste Teilchen in den SZ -> höhere Osmolarität, Wasser folgt Osmolarität in die Schließzellen, Tugordruck steigt, Schließzellen verformen sich

Ablauf Schließen der Spaltöffnung

K+ und Cl- in die Nebenzellen, Osmolarität in NZ höher, Wasser folgt Osmolarität, Tugordruck in den Schließzellen sinkt

Bedingungen Öffnen der Stomata

Licht, wenig CO2, ausreichend Wasser

Bedingungen Schließen der Stomata

Dunkelheit, viel CO2, Hitze, Wassermangel

Warum muss Transpiration stattfinden?

Damit ein Transpirationssog entsteht, der das Wasser aus den Wurzeln zu den Blättern zieht (Unterdruck)

Ablauf Lichtabhängige Reaktion

1.Fotosystem 2: Licht fällt auf Pigmente, Energie über Lichtsammelkomplex zum Reaktionszentrum, Energie auf spezielles Chlorophylpaar (p630), angeregtes Elektron wird an Akzeptor abgegeben (wandert)

2. Fotolyse: H2O→O2+H++e-, O2 an die Umwelt, weiteres e- füllt Lücke im FS2, H+ in Thylakoid-Innenraum

3. Cytochrom-Komplex: wanderndes e-, Energie betreibt Komplex als Pumpe, aktiver Transport von H+ in den Innenraum, Konzentrationsgefälle entsteht

4. Fotosystem 1: wanderndes und energiearmes Elektron erreicht FS1, Licht löst bereits vorhandenes e- (p700), wanderndes e- schließt die Lücke

5. Energiespeicher: Komplex überträgt 2 e- und H+ an NADP*

6. ATP-Synthase: Durch aufgebautes Konzentrationsgefälle, H+ bewegt sich ins Stroma, durch die ATP-Synthase, ADP+P→ ATP

Ablauf lichtunabhängige Reaktion (Calvin Zyklus)

1. CO2 Aufnahme: 6CO2 von C5 gebunden (instabil), zerfallen in 12C3

2. Reduktion: ATP und NADH+H+ aus der lichtabhängigen Reaktion, ATP→ ADP + P, P wird auf C3 übertragen, NADPH+H* gibt 2e- und H+ an C3

3. Regenerierung und Glucose: 10 der 12 C3, zu 6C5 (Anfangsmolekül), braucht ATP / 2 der C3 zu einem C6 (Glucose)

Was ist der anabole Stoffwechsel?

Der anabole Stoffwechsel ist der Teil des Stoffwechsels, der mit dem Aufbau von Molekülen und Zellstrukturen verbunden ist, wodurch Energie benötigt wird. Fotosynthese

Was ist der katabole Stoffwechsel?

Der katabole Stoffwechsel ist der Teil des Stoffwechsels, der mit dem Abbau von Molekülen verbunden ist, wobei Energie freigesetzt wird. Zellatmung