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grüne Pflanze baut aus H2O und CO2 Kohlenhydrate auf, scheidet dabei O2 aus, Licht ist notwendig: daher Photosynthese
heterotrophe Organismen müssen energiereiche, organische Stoffe aus ihrer Umgebung aufnehmen um diese dann umsetzen zu können in der unbelebten Umgebung der Lebewesen keine solchen Stoffe vorhanden, daher:
autotrophe Organismen , die zur Synthese organischer Verbindungen fähig sind (grüne Pflanzen)
Pflanzen erzeugen aus energiearmen, anorganischen Verbindungen Kohlenstoffdioxid und Wasser, durch Absorption von Sonnenstrahlung energiereiche Kohlenhydrate = Photosynthese.
In der Biomasse: 500-1000 Mrd. t Kohlenstoff durch Photosynthese fixiert worden
Fixierung eines Kohlenstoffatoms: 1 oder mehrere Tage
1 oder mehrere Jahre (in Blättern)
mehrere hundert Jahre (in Holz)
Durch Zersetzung wird das organ. Material zu Humus und dann zu anorg. Materie CO2 wieder in die Atmosphäre (0,03 Vol.-%)
Atmosphäre mit Biosphäre: ständer Kohlenstoffaustausch (Kreislauf)
Energiefluß: Durch die Photosynthese fließt ständig Energie in die Biosphäre ein, die als chem. Energie gebunden und dann wieder frei gesetzt wird: kein Kreislauf!!!
Lichtenergie
6 CO2 + 12 H2O C6 H12 O6 + 6 H2O + 6 O2
Chlorophyll
CO2 und H2O anorganisch, C6H12O6 organisch
CO2 und H2O: energiearm, Zucker: energiereich
Zucker verbrennt mit O2 und CO2 zu Wasser unter Freisetzung von Wärme.
Lichtenergie wird in den Pflanzen in chemische Energie umgewandelt und in den Pflanzen gespeichert.
pro Mol erzeugter Glucose werden 2825 kJ Energie verbraucht!
Faktoren:
Kohlenstoffdioxid: Kohlenstoffquelle für Landpflanzen: CO2 in der Atmosphäre
Kohlenstoffquelle für Wasserpflanzen: CO2 im Wasser
CO2 in der Atmosphäre: Ausgleich durch Atmung aller Lebewesen
CO2-Gehalt der Luft: 0,03 Vol.-%: unter dem Optimum: Faktor, der am weitesten im Minimum liegt (=begrenzender Faktor der Photosynthese)
Erhöhung der CO2-Konzentration: erhöhte Photosyntheseleistung
CO2-Konzentration > 0,1Vol.-%:schädigend für manche Pflanzen
CO2-Gehalt am höchsten dicht über dem Boden aufgrund der Atmung der Bodenorganismen
Lichtenergie:
Photosynthese primär von der Lichtintensität abhängig.
Photos. steigt proportional zur Beleuchtungsstärke an, bis die Photosynthese einen konstanten Wert erreicht: Lichtsättigungspunkt.
Zu hohe Lichtintensität: Absinken der Photosyntheseleistung
geringe Lichtintensität: CO2-Aufnahme durch die Photosynthese kleiner als die CO2-Abgabe infolge der Atmung.
höhere Lichtintensität: CO2-Aufnahme erreicht bald den Wert der CO2-Abgabe: Lichtkompensationspunkt
Oberhalb des Lichtkompensationspunktes: realer Stoffgewinn: apparente Photosynthese
Photosynthese besteht aus 2 Teilen: Lichtreaktion (lichtabhängig, aber temperaturunabhängig)
Dunkelreaktion (umgekehrt)
Die in der Lichtreaktion gebildeten Stoffe sind für die Dunkelreaktion notwendig geringe Lichtintensität: wenig Stoffe in der Lichtreaktion gebildet und werden schon bei geringen Temperaturen in der Dunkelreaktion umgesetzt.
Erhöht sich dann die Temperatur: keine Stoffe für Dunkelreaktion zur Verfügung: Photosyntheserate erhöht sich nicht.
Hohe Lichtintensität: Lichtreaktion produziert genügend Stoffe für die Dunkelreaktion: Stoffumsatz steigt mit zunehmender Temperatur bis die beteiligten Enzyme wegen zu hoher Temperatur unwirksam werden.
In den Lichtreaktionen: Chlorophyllmoleküle durch Lichtenergie angeregt, d.h. werden energiereicher.
Angeregte Chlorophyllmoleküle können Elektronen über Überträgerstoffe an die Substanz NADP+ abgeben.
NADP+ wird dann durch die Aufnahme von 2 Elektronen reduziert und bindet ein H+ zu NADPH.
Chlorophyllmoleküle holen sich die Elektronen wieder zurück, dabei werden Wassermoleküle gespalten und O2 frei gesetzt: Elektronentransportkette
Energie in den Chlorophyllmolekülen dient zur Bildung von ATP
In der Kette von Dunkelreaktionen wird aus dem CO2 und dem H des NADPH Zucker, Energie dazu liefert das bei den Lichtreaktionen gebildete ATP.
Temperatur:
Unterhalb des Temperaturminimums (0°C) keine Photosynthese
zwischen 20° und 30°C: Temperaturoptimum: maximale Leistung
Oberhalb des Temperaturmaximums: keine Photosynthese.
Wintergrüne Pflanzen können auch unter 0°C Photosynthese betreiben, tropische Pflanzen: Temperaturoptimum bei 30-40°C
Temperaturwirkung bei Schwachlicht: gering
Temperaturwirkung bei Starklicht: Photosyntheseleistung steigt mit zunehmender Temperatur
Wasser:
geringer Verbrauch bei der Photosynthese
wirkt über die Spaltöffnungsbewegung indirekt auf die Photosyn. ein.
Sättigungskurven: steigen mit Zunahme des Faktors, ist das Optimum erreicht: horizontaler Verlauf
Optimumskurven: fallen nach dem Maximum steil ab
Gesetz des Minimums: bei bestimmter Lichtintensität und gleichbleibender Temperatur: Erhöhung des CO2-Angebots: Steigung der Photosynthese
CO2: begrenzender Faktor.
grüne Blätter:
Photosynthese, da Chlorophyll
senkrecht zum Sonnenlicht, flächenhafte Ausbildung: intensive Nutzung des Sonnenlichts
große Blattoberfläche: Gasaustausch mit der Atmosphäre
Blatthaut (Epidermis): Chloroplastenfrei
überzogen mit wachsartigem Häutchen: Cuticula
Assimilationsgewebe des Blattinnern: Mesophyll: in 2 Schichten aufgeteilt:
zur oberfläche senkrecht: zylindrische Zellen: Palisadengewebe
Im Plasma des Palisandengewebes: viele Chloroplasten.
Da das Palisadengewebe am meisten Licht empfängt, findet dort vor allem die Photosynthese statt.
unter dem Palisadengewebe: Schwammgewebe: unregelmäßig geformte Zellen: weniger Chloroplasten als die Pal.zellen.
Lufträume zwischen den Zellen: Interzellularensystem. Im Schwammgewebe: Gasaustausch zw. Zellen und der Luft in den Interzellularen.
In der Epidermis der Blattunterseite: Poren: Spaltöffnungen: dienen dem Gaswechsel zw. dem Interzellularensystem und der umgebenden Luft
Jede Spaltöffnung: 2 bohnenförmige Schließzellen.
Spalt kann sich durch Turgoränderungen der Schließzellen öffnen und schließen.
Leitbündel in den Blattadern: Zufuhr von Wasser und Salzen. Abfuhr von Produkten der Photosynthese.
Sonnen- und Schattenpflanzen:
Sonnenpflanzen: Im Starklicht photosynt. wirksamer als Schattenpfl.
Schattenpflanzen: Stoffwechselbilanz im Schwachlicht höher
Lichtkompensationspunkt wird bei Schattenpflanzen schneller erreicht als bei Sonnenpflanzen.
Sonnenpflanzen: größere Substanzgewinne bei der Photosynthese
Chloroplasten: verschiedene Gestalt: 4-8 µm
nicht gleichmäßig grün: in der hellgrünen Grundsubstanz sind dunkelgrüne Grana (0,3-0,5µm) eingelagert.
Nach mehrstündiger Belichtung der Chloroplasten: Stärke-Körnchen als Produkt der Photosyn. erkennbar.
Chloroplasten durch Doppelmembran vom Cytoplasma außen getrennt.
Grundsubstanz innen: Stroma, darin parallele Membranen
Je 2 Membranen gehören zusammen, Hohlraum dazwischen: System: Thylakoid
Stapeln sich die Thylakoide an manchen Stellen, werden sie dort als Granathylakoide bezeichnet, da sie das sind, was dunkelgrün unter dem Mikroskop erscheint.
Thylakoide im Stroma: Stromathylakoide
Granathylakoide und Stromathy. zusammen: Lamellensystem
n = Wellenlänge
blaues Licht ist kurzwellig: 400nm: größere Reibung = mehr Energie (Lichtwellen stoßen öfter aneinander, thermische Energie entsteht.
Definition von Licht: Licht ist der Bereich, der elektromagnetischen Strahlung der Sonne, den wir Menschen sehen können.
10-2 - 101,2 = Röntgenstrahlen, Veränderungen am Atomkern, davon 10-2 - 1: Gammastrahlen
101,2 - 102,5 = UV-Licht, Veränderungen der Elektronenverteilung in Molekülen
bis 400nm: violett
bis 500nm: dunkelblau, hellblau
bis 600nm: dunkelgrün, hellgrün, gelb
bis 700nm: orange, hellrot, dunkelrot
102,9 - 105: Veränderungen der thermischen Energie von Molekülen, Vibrationen, Rotationen
105 - 108: Radiowellen, Veränderungen des magnetischen Moments
In der Sonne vollziehen sich ständig Kernfusionsvorgänge
Bei Treffen eines Lichtstrahls auf ein Atom, wandert das Elektron auf die äußerste Schale, die energiereicher ist, umgekehrter Vorgang: Flowestenz
Bei der Atmung werden Kohlenhydrate in CO2 und Wasser gespalten
Pflanzen und Tiere brauchen Energie zum Wachstum, zur Bewegung, zum Wärmeerhalt, zum Aufbau von Konzentrations-Gefällen, zum Stofftransport, Zellteilung, Zellwachstum, Muskelkontraktion, Immunsystem.
Sauerstoff-Aufnahme, Kohlendioxid-Abgabe: Atmung
CO2-Aufnahme, O2-Abgabe: Photosynthese
Pflanze (Aufbau org. Stoffe durch die Photosynthese)
CO2 O2
Tier, Pflanze ohne Licht (Abbau organischer Stoffe
bei der Atmung)
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