Basiswissen

alle grünen Pflanzenteile betreiben Fotosynthese, stellen also ihre Nahrungsgrundlage selbst her. Pflanzen werden deshalb auch als autotrophe Lebewesen bezeichnet. Die hergestellte Glucose enthält die Lichtenergie in chemisch gebundener Form
Aus den energiearmen anorganischen Stoffen CO2 und H2O synthetisieren Pflanzen mithilfe von Lichtenergie energiereiche, organische Glucose. Als Nebenprodukt entstehen dabei molekularer Sauerstoff und H2O
zweistufiger Prozess
- Lichtreaktion & lichtunabhängige Reaktion
Wasser + Kohlenstoffdioxid —> Glucose + Sauerstoff + Wasser
- 6(CO2) + 12(H2O) —> C6H12O6 + 6(O2) + 6H2O
Glucose ist gespeicherte Lichtenergie
Mit Prisma kann man das Sonnenlicht in Spektralfarben aufteilen
- verschiedene Wellenlängen
Blaues Licht (450nm)
- kurzwelliger und energiereicher als rotes Licht
rotes Licht (650nm)

Aufbau

wo findet Fotosynthese Statt
- Blatt —> Pflanzenzelle —> Chloroplast —> Thylakoide —> Chlorophyll(befindet aich auf Membran der Zhylakoide)
Innenraum der Chloroplasten heißt Stroma
Innenraum der Thylakoide heißt Thylakoidlumen

Lichtabhängige Fotosynthese

findet an der Thylakoidmembran statt
Lichtenergie wird in chemische Energie gespeichert
- ATP und NADPH +H
Pigmentmolekül (meistens Chlorophyll) nimmt Photon aus Licht auf
—> Pigment wird vom Grundzustand in den angeregten Zustand gerbacht
- Elektron Elektron wird von innerer Schale auf äußere Schale gebracht
Lichtstrahlen bewirken im Fotosystem 2 ein Anregen der Elektronen im Lichtsammelkomplex -> e- werden auf ein höheres Energieniveau gebracht
Fotosystem 2 (P680) nimmt am besten Licht mit der Wellenlänge 680nm auf
Elektronen werden über Membranproteine = Elektronentransportkette weitergegeben, Redoxreaktion immer auf niedrigerem Energieniveau
„frei werdende Lücke“ in Fotosystem 2 aktiviert Enzym zu Fotolyse von Wasser -> O2 entsteht aus 2xH2O und wird in Zellatmung verwendet aber über Spaltöffnung abgegeben, Elektronen werden in Elektronentransportkette eingeschleust, H+ (Protonen) verbleiben in Thylakoidinnenraum
- O2 verlässt Zelle
- Sauerstoff entsteht aus H2O und nicht CO2
Vom Fotosystem 2 über Membranproteine (Plastochinon, Cytochrom C, Plastocyanin) auch Elektronentransportkette genannt zum Fotosystem 1 die durch die Redoxreaktion frei werdende Energie wird genutzt um H+Ionen in den Thylakoidinnenraum zu befördern
in Fotosystem 1 bewirkt Lichtenergie ein weiteres Anheben der Elektronen
- Fotosystem (P700) nimmt am besten Licht mit der Wellenlänge von 700nm auf
über Ferredoxin (Membranprotein) und die $N A D P^{+} Reduktase$ (Membranprotein) werden Elektronen auf Überträgermolekül NADP+ übertragen. H+Ion aus dem Stroma bindet auch -> NADPH + H+
Protonengradient bedient ATP-Synthase in Thylakoidmembran —> H+Ionen wandern mit dem Gradienten ins Stroma —> freiwerdende Energie treibt ATP-Synthase an —> ADP +P —> ATP synthetisiert = Fotophosphorilierung, Chemieosmose -> Lichtenergie wird in Überträgermolekülen ATP und NADPH als chemische Energie gebunden

Lichtunabhängige Reaktion/Calvin-Zyklus

besteht aus drei Phasen
1. $C O_{2}$ -Fixierung
2. Reduktion
3. Regeneration

Ablauf

Sechs $C_{5}$ -Körper $Ribulose-1,5-bisphosphat$ binden mit Sechs $C O_{2}$ . Die sechs instabilen $C_{6}$ -Körper zerfallen in zwölf $C_{3}$ -Körper $3-Phosphoglycerinsäure$ . Dabei werden sechs $H_{2} O$ -Moleküle benötigt. Unter ATP-Verbrauch wird an $3-Phosphoglycerinsäure$ jeweils ein $Phosphat$ angehängt. Es entsteht $1,3-Bisphosphoglycerinsäure$ . Unter $N A D P H + H^{+}$ -Verbrauch wird zwölf mal $H_{2} O$ , zwölf $Phosphat$ und zwölf $N A P^{+}$ abgespalten. Es entsteht zwölf mal $Glycerinaldehyd-3-phosphat$ . Zwei dieser Moleküle werden unter Abspaltung ihrer $Phosphate$ zu $Glucose$ . Die zehn übrigen $Glycerinaldehyd-3-phosphat$ geben vier $Phosphatgruppen$ ab und reagieren zu sechs $C_{5}$ -Körpern $Ribolose-5-Bisphosphat$ . Unter $A T P$ -Verbrauch entsteht daraus der $C_{5}$ -Körper $Ribulose-1,5-bisphosphat$

Die Absorption von Licht

wenn man Chlorophyll-Lösung zwischen Lichtquelle und Prisma stellt wir im Farbspektrum das blaue und teils rote Licht abgeschwächt.
Das Licht wird Blattfarbstoffen (Fotosynthesepigmenten) absorbiert
Grünes und gelbes Licht wird nicht absorbiert sondern gestreut
- Blätter sehen grün & gelb aus
Pflanzen absorbieren nur blaues und rotes Licht
- Außenelektron des Moleküls hat leicht bewegliches Außenelektron. Damit es vom Ausgangszustand in einen angeregten Zustand kommen kann, kann nur Licht mit einem bestimmten Energieniveau anregen

Einfluss von Umweltfaktoren

Fotosyntheseaktivität einer Pflanze wird von mehreren (A)biotische Umweltfaktoren beeinflusst
- Licht
- Kohlenstoffdioxid
- Temperatur
- Wasser/Feuchtigkeit

Sonnen und Schattenblätter

An Laubbäumen zwei Blatttypen zeigen je nach Lichtverhältnis unterschiedliche Angepasstheiten
- Sonnenblätter
  - sind bei hohen Lichtstärken am produktivsten
- Schattenblätter
  - Können bereits bei geringer Lichteinstrahlung betreiben
Manche Pflanzen haben nur einen Blatttyp
- z.B. Thymian hat Sonnenblätter
- z.B. Tomatenpflanzen haben Schattenblätter
- werden Licht/ bzw. Schattenpflanzen genannt

Messung der Fotosyntheserate

um den Einfluss eines abiotischen Faktors zu messen müssen alle anderen abiotischen Faktoren konstant gehalten werden.
Als Maß kann die CO2-Aufnahme oder die oder die O2-Abgabe genommen werden
Fotosynthese und Zellatmung laufen parallel ab
- Bilanz wird als Netto-Fotosynthese bezeichnet
- ohne beachtung der Zellatmung erhält man Brutto-Fotosynthese

Einfluss der Lichtintensität

geringe Lichtintensität
- Pflanze nimmt Sauerstoff auf, weil Zellatmungsrate höher als Fotosyntheserate
Lichtkompensationspunkt
- Lichtinsität ist so, dass Fotosyntheserate = Zellatmungsrate gilt
Ein Pflanze kann nur Biomasse aufbauen, wenn Fotosyntheserate > Zellatmungsrate gilt

Einfluss des Kohlenstoffdioxidgehalts

Atmosphäre enthält ca. 0,04% CO2
maximale Fotosyntheserate wird bei optimalen Licht- und Temperaturverhältnissen durch die Verfügbarkeit von CO2 begrenzt

Einfluss der Temperatur

Temperaturabhängigkeit entspricht dem Temperatureinfluss bei enzymatischen Reaktionen, da alle Teilreaktionen von von Enzymen katalysiert werden

Das Minimumgesetz

Die Fotosynthese wird jeweils von dem Umweltfaktor begrenzt, der am wenigsten zur Verfügung steht.

Notizen von Frau Poppendiek

Wirkspektrum

Chlorophyll a und b sowie beta-Carotin haben jeweils eigene Absorptionsspektren mit terschiedlichen Maxima. Zusammen ergeben sie das Wirkungsspektrum der Fotosynthese.
Im grünen Bereich werden die Lichtstrahlen nur wenig absorbiert und haben daher nur sehr geringe fotosynthetische Wirksamkeit.
Chlorophyll aist das zentrale Pigment der Fotosysteme Il P680 und I P700. Hier führt die gesammelte Energie der Antennenpigmente im Reaktionszentrum/Lichtsammelkomplex dazu, dass ein Elektron auf eine höhere Energiestufe gehoben wird, um dann an einen Redoxpartner/Akzeptormolekül über die Elektronentransportkette weitergegeben zu werden.

Aufgaben

Aufgabe 1

Es wird das Zusammenspiel von Calvinzyklus und Lichtabhängiger Reaktion gezeigt. Der Clavinzyklus bindet CO2+Wasser zu Glucose. Dabei wird ATP und NADP + H+ zu ADP und NADP+ verbraucht. Die Lichtabhängige Reaktion stellt aus Wasser Sauerstoff her und wandelt dabei mit Hilfe des Lichts ADP und NADP+ in ATP und NADPH + H+ um, welches der Calvinzyklus benötigt

Aufgabe 2

In der Elektronentransportkette wird aus NADP+ und ADP ATP und NADPH + H+ hergestellt. Während der Reduktionsphase und der Glucose-Bildung wird ATP teilweise verbraucht. Es entsteht ADP. Außerdem wird gleichzeitig NADPH + H+ verbraucht. es bleibt NADP+.

Aufgabe 3

Der grüne Sauerstoff zeigt, dass der bei der Fotosynthese entstehende Sauerstoff aus dem Wasser kommt. Der Sauerstoff aus dem Kohlenstoffdioxid reagiert zu Glucose und Wasser.

![[Natura 5.3 Fotosynthese 1.pdf]]

Aufgabe 1

Co2 und H2O

Aufgabe 2

Merkmal	Sonnenblätter	Schattenblätter
Größe	groß	klein
Blattfarbe	dunkel	hell
dicke	dick	dünn
Palisadengewebe	stark ausgeprägt	wenig ausgeprägt
Schwammgewebe	stark ausgeprägt	wenig ausgeprägt

Größe
- Sonnenblätter sollen maximal effizient sein. Deshalb sind die Blätter groß um viel Lichteinstrahlung zu bekommen
- Schattenblätter haben wenig Licht. Um Rohstoffe zu sparen bleiben die Blätter klein
Farbe
- Je dunkler eine Farbe, desto weniger reflektiert das Licht —> Sonnenblätter dunkel um möglichst viel Licht zu absorbieren
- —> Schattenblätter dunkel
Dicke
- Sonnenblätter dicker, da mehr Palisadengewebe Platz finden müssen. Cuticula dicker, da Wasser vor Verdunstung geschützt werden muss. Wasserspeicher sind bei Sonnenblatt größer
Palisadengewebe
- Bei Sonnenblättern findet mehr Fotosynthese statt. Deshalb brauchen sie mehr Chloroplasten
Schwammgewebe
- Sonnenblätter benötigen mehr Wasser als Schattenblätter —> Sonnenblätter mehr Schwammgewebe als Schattenblätter

Aufgabe 3

es wird mehr CO2 gebunden —> gut gegen Klimawandel

![[Natura 5.3 Fotosynthese und Umweltfaktoren 1.pdf]]
![[Natura 5.3 Grundlage für die Photosynthese; Licht 1.pdf]]

S. 181

Aufgabe 1

rotes und blaues Licht sind am Energiereichsten —> werden für Fotosynthese verwendet
- Grün und Gelb werden nicht absorbiert

Aufgabe 2

Es gibt in Pflanzen keine Pigmente, die gelbes oder Grünes Licht absorbieren

Aufgabe 3

![[Natura 5.3 Fotoreaktion - Der erste Teil der Fotosynthese.pdf]]