Photosynthese Übungsaufgaben PDF

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Übungsaufgaben Photosynthese...

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Photosynthesespezialisten im Vergleich Vergleich C4- und CAM-Pflanzen C4-Pflanzen

CAM-Pflanzen

keine zeitliche Trennung der Licht- und

zeitliche und räumliche Trennung der Licht- und

Dunkelreaktion -> dafür räumliche Trennung

Dunkelreaktion (Malat in Vakuole, außerhalb des Chloroplasten, gespeichert)

PEP-Carboxylase als Enzym zur CO2-Fixierung optimaler Temperaturbereich größer -> 30-45°C

relativ spezifische optimale Temperatur (ca. 35°C)

beginnen beide relativ früh mit Photosynthese ab einem CO2-Kompensationspunkt von 5 µl/l benötigen mehr Wasser als CAM-Pflanzen (250-350 brauchen deutlich weniger Wasser als C4-Pflanzen ml)

-> nur 50-55 ml

keine Zwischenspeicherung des Malats -> reagiert

Malat wird zwischengespeichert in Vakuole, sodass

sofort weiter zu Pyruvat und CO2

es am Tag im Cytosol decarboxyliert werden kann (wenn Stomata geschlossen sind)

C4-Pflanzen benötigen weniger CO2, da sie es

CAM-Pflanzen benötigen wenig bis viel CO2 ->

selbst konzentrieren um optimale Bedingungen für

haben die Fähigkeit es zu binden und als Malat zu

Rubisco zu schaffen

speichern -> dann kontrollierte Nutzung für CalvinZyklus

höchste Wachstumsrate, da sie auch am meisten

sehr geringe Wachstumsrate -> brauchen

energiereiche Moleküle produzieren (aber durch

energiereiche Moleküle

CO2-Konzentrierung Energieverbrauch -> nicht am effizientesten) hohe CO2-Konzentration im Blattgewebe verhindert die Aktivität der Rubisco -> damit auch Photorespiration (weil O2-Konzentration in Luft deutlich höher als CO2 bindet Rubisco oft an O2) können mit geschlossenen Stomata Photosynthese

minimieren Wasserverlust, der durch geöffnete

betreiben, weil nur in Mesophyllzellen CO2 fixiert

Stomata entsteht

wird -> fixiertes CO2 wird an Bündelscheidenzellen weitergeleitet, in denen Rubisco dann mit hoher CO2-Komzentration gut arbeiten kann

CO2-Kompensationspunkt: minimale CO2-Konzentration der Außenluft, bei der sich CO2Verbrauch (Calvin-Zyklus) und CO2-Produktion (Photorespiration) in Waage halten -> steigt CO2Konzentration wird Photosynthese betrieben

Angepasstheit der C4- und CAM-Pflanzen an klimatische Gegebenheiten ihres Standortes

Wasserverlust

C4-Pflanzen

CAM-Pflanzen

Können auch bei geschlossenen

Fixierung des CO2 nachts, damit

Spaltöffnungen Photosynthese

bei kühleren Temperaturen

betreiben -> weniger

weniger Transpiration stattfindet,

Transpiration

tagsüber geschlossen -> vorher fixiertes CO2 wird als Malat für Calvin-Zyklus genutzt

Temperatur

Dickblattgewächse-> kommen mit hoher Sonneneinstrahlung und Temperatur klar (können Wasser gut speichern) bei höherer Temperatur normalerweise Geschwindigkeit der Oxygenierung erhöht (mehr Photorespiration -> Energie- und CO2Verlust) -> Pflanzen wirken durch Konzentrierung des CO2 bzw. Ausschluss des O2 entgegen und verhindern Photorespiration

Aufnahme von CO2

brauchen nicht so viel -> hohe

nehmen es nachts auf -> können

Ausbeute ohne langes Öffnen der Stomata daher tagsüber Stomata, daher weniger

geschlossen halten, um so

Wasserverlust

weniger Wasser zu verlieren (nachts geringere Temperaturen, daher weniger Transpiration)

konzentrieren CO2 durch

speichern bereits fixiertes CO2

exklusive Fixierung in

aus erstem Schritt in Form von

Mesophyllzellen -> weniger

Malat in Vakuole, daher

Verlust durch Photorespiration,

Konzentration des CO2 möglich

da wenig Sauerstoff in

(je nach Bedarf kann Menge aus

Umgebung von Rubisco ->

Vakuole zugeführt werden)

müssen daher Stomata nicht lange Öffnen um möglichst hohe Konzentration CO2 zu erhalten

Stellungnahme: „C4-Pflanzen sind C3-Pflanzen in allen Bereichen überlegen“ nein: sind nicht in allen Bereichen überlegen, daher ist Aussage nicht zuzustimmen pro

Contra

bessere Angepasstheit an heiße Standorte

C3 haben weniger Energieverlust, da keine Konzentrierung des CO2 stattfindet

geringeren Wasserbedarf, aber dennoch höhere Photosyntheserate

pro

Contra

geringeren CO2-Kompensationspunkt (betreiben schneller Photosynthese) Verhindert Photorespiration (dabei sonst Verlust von Energie und CO2)

CAM-Pflanzen Stoffwechsel einer CAM-Pflanze über 24h unter Berücksichtigung Säuregehalt in Vakuole • zunächst nachts Aufnahme von CO2, welches in durch PEP-Carboxylase zunächst zu Oxalacetat und dann zu Malat reagiert -> Malat = Salz von Apfelsäure, wird in Vakuole gespeichert • durch Speicherung des Malats pH-Wert in Vakuole gering • am Tag, bei geschlossenen Stomata wird das Malat ins Cytosol geleitet und decarboxyliert • aus Malat wird Pyruvat und CO2 -> CO2 diffundiert in Chloroplasten und Pyruvat wird zu PEPCarboxylase, die wieder CO2 fixieren kann (Malatbildung) • gespeichertes CO2 aus Malat wird in Calvin-Zyklus eingeleitet -> findet in Bündelscheidenzellen statt (besitzen jedoch keine Photosysteme für Lichtreaktion) • Da das Malat sich nicht mehr in der Vakuole befindet, steigt dort der pH-Wert Öffnungszustand der Spaltöffnungen des „Spanischen Moos“ im Tagesverlauf • tagsüber: geschlossen, hier findet nur lichtabhängige Reaktion statt, denn CO2-Fixierung bereits in der Nacht (als Malat in Vakuole gespeichert) • nachts: geöffnet (nehmen CO2 auf und fixieren es in Form von Malat) CAM = Angepasstheit an zeitweise trockenen Standort • wenig Wasserverlust durch Transpiration (Stomata tagsüber geschlossen -> bei höchster Sonneneinstrahlung) • für Pflanze erträglicher Energieverlust -> würde durch hohe Temperaturen über C3-Zyklus mehr verlieren, denn Temperaturerhöhung beschleunigt Oxygenierung...