Biologie Pr äsentation Photosynthese PDF

Preview

Summary

zusammenfassung...

Description

Photosynthese – Lernzettel Von: Leonie Hofmann

Inhaltsverzeichnis 1. Bedeutung der Photosynthese -

Photosynthese Zellatmung Lichtabhängige und lichtunabhängige Reaktion Rolle der Fotosynthese im Kreislauf

2. Das Blatt als Ort der Photosynthese -

Aufbau des Blattes Aufbau eines Chloroplasts

3. Absorptionsspektrum und Wirkungsspektrum -

Lichtabsorption Absorptionsspektren Wirkungsspektren

4. Abhängigkeit der Photosynthese von Außenfaktoren - Die Faktoren - Liebgische Minimumgesetz - Beispiel: Faktor Kohlenstoffdioxid 5. Schatten- und Sonnenblätter - Unterschiede in Aufbau und Funktion

1.) Bedeutung der Photosynthese - Allgemeinwissen: „Ohne Pflanzen kein Leben“ -

-

-

-

-

 Nur zur Hälfte wahr Wichtigster Photosynthese-Farbstoff Chlorophyll auch in Algen und Bakterien (Cyanobakterien) vorhanden => Nicht nur gängige Pflanzen für Sauerstoff verantwortlich Photosynthese, simpler Prozess: 1. Chlorophyll absorbiert Licht(energie) 2. Wandelt Lichtenergie in chemische Energie um.  Verbrauch von Wasser und Kohlenstoffdioxid 3. Bindung der Energie erfolgt in Glucose + „Abfallstoff“ Sauerstoff Formel:

Zellatmung, simpler Prozess: 1. Aufnahme von Glucose + Sauerstoff 2. Umwandeln und Speichern der Energie in ATP 3. Ausstoßen von Kohlenstoffdioxid + Wasser Formel:

-

-

-

Lichtabhängige und lichtunabhängige Reaktion: 1. Lichtabhängig:  Beschreibt die Bindung von Wasser und Kohlenstoffdioxid in Glucose unter Einfluss von Lichtenergie 2. Lichtunabhängig:  Beschreibt die Verwertung Glucose in ATP unabhängig von Lichtenergie

These: Sauerstoff in unserer Atmosphäre kommt durch Pflanzen  Kann folgend nicht wahr sein… Bestehen eines Kreislaufes von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff Gleichgewicht zwischen autotrophen („selbst“, „Ernährung“) Also: Lebewesen, die aus energiearmen Ausgangsmaterial energiereiche Stoffe für Bauund Betriebsstoffwechsel selbst herstellen heterotrophen („fremd“/„anders“, „Ernährung“) Organismen, welche von autotrophen bzw. anderen heterotrophen Lebewesen abhängig sind: Nehmen Energie von anderen auf, statt sie selbst zu produzieren Daher: Es kann nur so viel Sauerstoff gebunden werden, wie CO2 bereits vorhanden ist.

Merke: 1.

2.

3.

Bei der Spaltung von Wasser in Bestandteil Wasserstoffion und Sauerstoffion werden Wasserstoffüberträger aktiv (Sicherung vor chemischen Reaktion) Energielieferant: Proteine/Fette/Zuckerstoffe/ Nucleinsäuren werden produziert Umwandlung Energiespeicher in ATP nach Lichtabhängiger Reaktion

ATP: universelle und unmittelbar verfügbare Energieträger

Spaltung der zwei Wasserstoffionen in: -

2H+ Ionen 2e- Ionen

2.) Das Blatt als Ort der Photosynthese - Ausgangspunkt: ein grünes Laubblatt

-

Aufbau einzelner Bestandteile von oben bis unten: 1. Cuticula: wachsartige Schutzschicht vor Wasserdurchtritt und Verdunstung 2. Obere Epidermis: Form des Blattes 3. Palisadengewebe: Fotosynthetisch aktives Gewebe (enthält Chloroplasten mit Chlorophyll), dicht angeordnet 4. Schwammgewebe mit Leitbündel: Dient dem Gasaustausch (mit Luft gefüllte Interzellularen 5. Leitbündel: Unterscheidung in Phloem (Transport Wasser) und Xylem (Transport Nährstoffe) 6. Untere Epidermis: Chlorophyllfreie Zone. Raum für Spaltöffnungen 7. Stomata: Spaltöffnungen an Blattunterseite, Regulation von Aufnahme Kohlendioxid und Abgabe von Wasserdampf & Sauerstoff 8. Cuticula: Schutzschicht (siehe oben)

-

Chloroplasten unter dem Elektronenmikroskop -> Bestandteile: 1. Membran: Dreifache Membranschicht (äußere Membran, Intermembranraum, innere Membran) 2. Stroma: Grundsubstanz der Chloroplaste 3. Thylakoide: „Membranpäckchen“, die durch Abschnürung entstehen 4. Granum/Grana: Gebilde einer münzgeldartigen Aufstapelung von Thylakoiden

3.) Absorptionsspektrum und Wirkungsspektrum - Grundkenntnis: Licht = Licht

-

I.

 Licht ist eine Verbindung von Spektralfarben  Diese werden mit Hilfe eines Prismas zerlegt und sichtbar Farberscheinung der jeweiligen Spektralfarbe abhängig von Wellenlängen  Bsp.: Violettes Licht ~ 400nm, rotes Licht ~650 – 750nm  Insgesamt Spielraum von 400 – 750nm

Versuch: Lichtabsorption -

Lichtstrahl einer Lichtquelle wird durch ein Prisma gebrochen Spektralfarben (vollständig) werden auf Transparentschirm sichtbar gemacht Glasküvette mit Chlorophyll-Lösung (= mehrere Typen an Farbstoffen) wird vor dem Prisma befestigt

-

Im Spektrum fehlen nun die Farben Blau und Orangerot Diese wurden von den in der Lösung vorhandenen Blattfarbstoffen aufgenommen bzw. absorbiert => man spricht von einer Lichtabsorption Notiz: Grünes Licht wird kaum – nicht aufgenommen, sondern durchdringt vollends die Materie der Chlorophyll-Teilchen bzw. wird reflektiert. Reflektion = gewöhnliches Laubblatt erscheint uns als grün

-

II.

Versuch: Absorptionsspektren -

Es gibt mehrere Arten an Farbstoffen, die wir in Photosynthese betreibenden Lebewesen finden können. Darunter zählen: Chlorophylle a, Chlorophylle b und Carotinoide Fähigkeit zur Lichtabsorption verschiedener Spektralfarben abhängig am jeweiligen Typ des Farbstoffs (-> spezialisiert)

-

Fotometer macht die einzelnen Absorptionsspe

Besonders in diesem Versuch wird der Begriff der „Grünlücke“ deutlich

Versuch: Wirkungsspektren

III.

-

Auch bekannt als Engelmann-Versuch Messung der Fotosyntheserate am ganzen Lebewesen (hier: Fadenalge) unter Bestrahlung von, in seinen Spektralfarben, zerstreutem Licht Sauerstoffliebende (= aerobe) Bakterien zeigen auf, in welchen Bereichen der Fadenalge der meiste Sauerstoff zu finden ist -> die höchste Photosyntheserate stattfindet Besonders die von blauem und orange-rotem Licht bestrahlten Algenstücke sind dicht umgeben von aeroben Bakterien, hier ist die höchste Photosyntheserate zu finden Diese Untersuchung gibt das Wirkungsspektrum des Lichtes im Bezug auf die Fotosyntheserate wieder

Schlussendliches Ergebnis: Die Fotosyntheserate einer grünen Fadenalge ist bei etwa 450 – 680nm maximal. Da in diesem Absorptionsspektrum besonders Chlorophyll a und Chlorophyll b eine hohe Lichtabsorption aufweisen, ist davon auszugehen, dass das genannte Wirkungsspektrum der Fadenalge hauptsächlich in Abhängigkeit dieser zwei vorhandenen Farbstoffe liegt. Diese sind besonders für den Prozess der Fotosynthese in dem grünen Organismus verantwortlich.

Fadenalge

4.) Abhängigkeit der Photosynthese von Außenfaktoren - Messungen der des Einflusses eines Außenfaktors jeweils in einzelnen Untersuchungen bei konstant bleibenden anderen Faktoren

Lichtintensität

Wasserzufuhr

Kohlenstoffdioxid

Nährstoffe (makro&mikro)

Das Liebigsche Minimalgesetz

„Begrenzender Faktor“

a) Beispiel: Lichtintensität  Geringe Lichtmenge -> Abgabe von Kohlenstoffdioxid > Aufnahme Die Zellatmung der Pflanze verbraucht mehr Kohlenstoff, als dass die Pflanze wieder aufgrund der geringen Lichtintensität durch Photosynthese absorbieren kann  Zunehmende Lichtmenge -> Steigung der Aufnahme von Kohlenstoffdioxid  Lichtkompensationspunkt -> Der Betrag an Abgabe von Kohlenstoffdioxid ist gleich dem der Aufnahme  Lichtsättigung -> Der Maximalwert der Steigerung der Photosyntheserate durch zunehmende Lichtintensität ist erreicht  Bruttophotosynthese: Fotosyntheserate ohne Glucoseverlust durch Zellatmung

 Nettophotosynthese: Fotosyntheserate mit Abzug der verbrauchten Glucose

b) Beispiel: Kohlenstoffdioxid

1. Gefäß mit Luft: - Beginn des Kurvenverlaufs bei 0,04 Vol.% Kohlenstoffdioxid -

-

 Normale Kohlenstoffdioxid-Konzentration auf der Erde Nahezu konstantes Stagnieren der Kurve auf ~0,012 Vol.% innerhalb der nächsten zwei Stunden  Stagnation: Die Pflanze wandelt das vorhandene Kohlenstoffdioxid so weit wie möglich um. Die Aufnahme ist hier sichtbar größer als die eigene Abgabe  Konstanz: Andere Außenfaktoren sind/bleiben konstant Konstanz des Kohlenstoffdioxid-Gehalts über die nächsten Stunden auf den Wert von ~0,012 Vol.%  Scheinbar der Wert des CO2-Kompensationspunktes  Die Pflanze verwertet genauso viel Kohlenstoffdioxid, wie sie selbst verbraucht

2. Gefäß mit kohlenstoffdioxid-armer Luft: - Beginn des Kurvenverlaufs bei ~0,004 Vol.% Kohlenstoffdioxid -

-

 Ursache der sehr kohlenstoffdioxid-armen Luft Nahezu konstantes Zunehmen der Kurve auf ~0,012 Vol.% innerhalb der nächsten zwei Stunden  Zunehmen: Die Pflanze verbraucht mit ihrer Zellatmung mehr Kohlenstoffdioxid, als sie wiederum mittels Fotosynthese binden kann (alle anderen Werte sind bereits oben begründet)

5.) Sonnen- und Schattenblätter

-

Ausgangspunkt: Betrachtung der Blätter einer Rotbuche Unterteilung der Blätter je nach Lichteinfall beim Standort möglich in:

Größere Fläche

Kleinere Fläche

Dünneres Blattwerk

Dickeres Blattwerk

Hohe Konzentration an PhotosyntheseEnzymen

Niedrige Konzentration an PhotosyntheseEnzymen

a) Sonnenblätter (Beispielsweise Blätter auf der Baumkrone)  Phänotyp: Kleiner, dicker, mehr Blattmasse pro m^2  Aufbau: mehrschichtiges Palisadengewebe + viele Chloroplasten b) Schattenblätter (In stark verzweigten Geäst versteckte Blätter)  Phänotyp: Größer, dünner, weniger Blattmasse pro m^2  Aufbau: reduziertes Palisadengewebe + wenige, dafür große Chloroplasten Funktion Sonnenblätter Erreichen den Punkt der Lichtsättigung erst bei höheren Werten. Daher rührt eine höhere Photosyntheseleistung bei Starklicht als bei Schattenblättern, da ihre Nettophotosyntheserate nun leistungsstärker ist. Mehr Zellen -> höherer Energiebedarf. Kann diesen durch maximale Nutzung starker Lichtintensität positiv und effizient ausgleichen.

Zusätzliche Info:

Funktion Schattenblätter Benötigen wenig Lichtintensität, um Punkt der Lichtsättigung zu erreichen. Erreichen den Lichtkompensationspunkt, als auch eine positive Nettosyntheserate bereits bei niedrigen Werten. Weniger Zellen -> geringer Energiebedarf. Ist dazu in der Lage, selbst bei geringer Lichtintensität den Energieverlust positiv und effizient auszugleichen

-

-

Sonnenblätter, welche zu lange Zeit schwach belichtet werden, fallen vom Baum ab. Das rührt von dem letztendlich zu hohen Energieverbrauch zur Erhaltung des Blattes, welches selbst wenig Energie einbringen kann. Ähnliches Prinzip ist auch anwendbar auch Schatten- und Sonnenpflanzen. Gerade in der Landwirtschaft wird hauptsächlich auf letzteres zugegriffen....