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Zusammenfassung: Fotosynthese

Fotosynthese
Fotosynthese und Ökologie
  • Pflanzenzellen: Eukaryotische Zellen, im Unterschied zur tierischen Zelle besitzen Pflanzenzellen eine feste Zellwand, Vakuolen und Chloroplasten.
  • Pflanzen und verschiedenste Bakterienarten nutzen den reduktiven Prozess der Fotosynthese zur Erzeugung von Biomasse. Die aus Lichtenergie aufgenommene Energie wird eingesetzt, um Wasser zu spalten und Redoxäquivalente (NADPH+H+) zu erzeugen. Ein Protonengradient wird zur Erzeugung von ATP aus ADP und Pi genutzt.
  • Die Redoxsysteme der Lichtreaktion oder Primärreaktion bestehen aus dem wasserspaltenden Komplex, dem Fotosystem II und I, dem Plastochinol-Pool sowie Plastochinon, Plastocyanin und dem Cytochromkomplex sowie Ferredoxin.
  • Die Lichtenergie wird über Lichtsammelkomplexe gesammelt und auf die Reaktionssysteme des Fotosystems II bzw. I übertragen. Ein angeregtes Chlorophyll gibt Elektronen ab, diese werden im Fotosystem II durch die Spaltung des Wassers, im Fotosystem I durch Elektronenübergabe von Plastocyanin ersetzt.
    • Bakterien zeigen spezielle Anpassungen in der Fotosynthese. So findet sich Bakteriorhodopsin in Halobakterien. Dieses System besitzt kein Chlorophyll. Die Fotosynthese wird über das Hauptpigment Bakteriorhodopsin gesteuert.
    • Gleichfalls finden sich Bakterien, die statt Wasser als ersten Elektronendonor H2S einsetzen. Es gibt bakterielle Systeme, die ausschließlich auf einem Fotosystem nach dem Typ des Fotosystems I bzw. ausschließlich auf einem Fotosystem nach dem Typ des Fotosystems II Fotosynthese betreiben. Eine Besonderheit sind auch Bakterien, die Licht im Wellenlängenbereich des grünen Lichts nutzen.
  • Die Dunkelreaktion oder der Calvin-Zyklus ist mit der biochemisch wichtigste Vorgang hier auf der Erde! Die Biomasseproduktion ist direkt von der Fotosyntheseleistung abhängig.
  • Die Aufnahme des Kohlenstoffdioxids (CO2) erfolgt in den Chloroplasten. Akzeptor ist dabei Ribulose-1,5-bisphosphat. Das Enzym Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase (RubisCO) katalysiert die Anlagerung von CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat. Dieser C6-Körper wird in 2 C3-Körper gespalten (3-Phosphoglyerat). Nach Reduktion zu Glycerinaldehyd-3-phosphat können zwei dieser Dreierzucker zum C6-Körper Glukose fusionieren.
  • Der Calvin-Zyklus kann in drei Teile aufgeteilt werden:
    • CO2-Aufnahme
    • Reduktionsvorgänge und Erzeugung der Glukose
    • Regeneration des Akzeptormoleküls Ribulose-1,5-bisphosphat
  • Pflanzen regeln durch das Schließen und Öffnen der Stomata den Gasaustausch! Um das „Abfallprodukt“ Sauerstoff abzugeben und das Produkt CO2 aufzunehmen, müssen die Spaltöffnungen geöffnet werden. Die Gefahr: Wasserverlust!
    • Pflanzen an heißen und trocken Standorten reagieren mit unterschieden Mechanismen auf den durch den Gasaustausch verursachten Wasserverlust!
      • CAM-Pflanzen: Nutzen der kühlen Nachtstunden zur Aufnahme von Kohlenstoffdioxid
      • C4-Pflanzen: Aufnahme des Kohlenstoffdioxid über einen zusätzlichen Stoffwechselweg, erst dann Übertragung des CO2 auf Ribulose-1,5-bisphosphat
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Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Zusammenfassung: Fotosynthese ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Stoffwechsel.

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses StoffwechselStoffwechsel
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Stoffwechsel

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  • Grundlagen des Stoffwechsels
    • Einleitung zu Grundlagen des Stoffwechsels
    • Grundlagen des Stoffwechsels (Allgemein)
    • Energieumwandlung
      • Einleitung zu Energieumwandlung
      • Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie
        • Einleitung zu Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie
        • Wasser - das Lebenselexier
        • Kohlenwasserstoffe und funktionelle Gruppen
          • Einleitung zu Kohlenwasserstoffe und funktionelle Gruppen
          • Charakteristischen Reaktionen
      • Zellen und Organellen des Stoffwechsels
    • Fließgleichgewicht und Regulation des Stoffwechsels
    • Stoffwechselregulation
  • Prozesse zur ATP-Gewinnung
    • Einleitung zu Prozesse zur ATP-Gewinnung
    • Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell
      • Einleitung zu Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell
      • Aufbau von Proteinen
      • Eigenschaften der Enzyme
        • Einleitung zu Eigenschaften der Enzyme
        • Schlüssel-Schloss-Prinzip
      • Ablauf der Enzymreaktion
      • Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung
        • Einleitung zu Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung
        • Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration
        • kompetetive Hemmung
        • nicht kompetitive Hemmung
        • allosterische Wechselwirkung
          • Einleitung zu allosterische Wechselwirkung
          • Schwermetalle und Enzymaktivität
      • Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment
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        • Beispiele für Enzymreaktionen - Urease
        • Beispiele für Enzymreaktionen - Katalase
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      • Einleitung zu Sekundärvorgänge der Fotosynthese
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      • Autoradiagraphie bringt Licht in die Dunkelreaktion
      • Katalyse: Enzymreaktion am Beispiel der Dunkelreaktion
    • Fotosynthese in Gleichungen
    • Aufklärung der Fotosynthese
    • Fotosynthese und Ökologie
      • Einleitung zu Fotosynthese und Ökologie
      • Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Außenfaktoren
        • Einleitung zu Abhängigkeit der Fotosyntheserate von Außenfaktoren
        • Umweltfaktor Licht
        • Umweltfaktor Wasser
      • Fotosynthesevarianten: Anpassung an die Umwelt
      • CAM-Pflanzen
      • C4-Pflanzen
      • Fotosyntheseprodukte der Pflanze -> Bedeutung und Speicherung
      • Zusammenfassung: Fotosynthese
    • Chemosynthese: es funktioniert auch ohne Licht
      • Einleitung zu Chemosynthese: es funktioniert auch ohne Licht
      • autotrophe Assimilation am Beispiel nitrifizierender Bakterien
  • Stoffwechsel vielzelliger Tiere - Wo kommt die Glukose her?
    • Einleitung zu Stoffwechsel vielzelliger Tiere - Wo kommt die Glukose her?
    • Verdauung und Resorption - Verdauungssystem
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    • Endoxidation - Atmungskette
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    • Gesamtsumme des Glukoseabbaus über die Vorgänge der Zellatmung
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      • Einleitung zu Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren
      • Energiebilanz und Regulation der Atmung
      • Regulation des Stoffwechsels
      • Regulation der Phosphofruktokinase (PFK)
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      • Einleitung zu Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff?
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    • Zusammenfassung: Zellatmung
      • Einleitung zu Zusammenfassung: Zellatmung
      • Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei diesen ATP-produzuierenden Prozessen
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