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Nennen Sie die beiden physiologischen Prozesse, die photoautotrophe Organismen durchführen und
den Gewinn bzw. die Produkte, die der Organismus dadurch erhält.
a)
b)
a) Atmungskette
b) Photosynthese
22. Nennen Sie drei verschiedene Typen von Plastiden und kurz ihre Funktion.
a)
b)
c)
a) Chloroplasten die bei der Photosynthese aktiv sind.
b) Chromoplasten die durch ihre Farbpigmente für die Färbung von Früchten sorgen.
c) Leukoplasten in denen Stärke und Öl produziert werden.
23. Zeichnen und beschriften Sie die Struktur eines Chloroplasten.
:
24. Zeichnen und beschriften Sie die Struktur eines Mitochondriums.
:
25. Plastiden und Mitochondrien besitzen unter den pflanzlichen Zellorganellen eine Sonderstellung.
Nennen Sie drei Eigenschaften, die diese Sonderstellung begründen.
a) b) c)
a) Eigene Ribosomen
b) Mehrere Membranen
c) ringförmiges Genom
26. Nennen Sie kurz die Funktion von Chlorophyll b.
Chlorophyll b absorbiert hauptsächlich blaues und rotes Licht und reflektiert grünes sowie gelbes Licht. Für Chlorophyll b liegen die Absorptionswerte bei 626 nm bzw. 392 nm. Es ist Hauptvertreter im Photosystem 2.
27. Nennen Sie einen Beleg, der zeigt, dass Chlorophyll b nicht grundsätzlich für die Photosynthese
erforderlich ist.
Chlorophyll b ist im Vergleich zu Chlorophyll a nicht in allen Pflanzen vorrätig und in diesen auch (bis auf Photosystem 2) in der Menge weniger vorhanden. Zudem absorbieren sie Licht auf dem nahezu gleichen Spektrum nur absorbiert b weniger.
28. Erläutern Sie kurz den Begriff „Grünlücke“.
Grünlücke: Nur ein bestimmter Bereich des Sonnenlichtes wird durch das in den Pflanzen enthaltene Chlorophyll (altgriechisch „hellgrün, frisch“ und „Blatt“) absorbiert. Ein Teil der Strahlung (zwischen 490 und 620 nm) wird stattdessen reflektiert. Diesen Bereich nimmt unser Auge als grün wahr.
29. Nennen Sie drei biochemische bzw. physiologische Eigenschaften von Chlorophyll a und Chl b.
- Chlorophyll a besitzt eine Methylgruppe (-CH3)
- Chlorophyll b hingegen eine Aldehydgruppe (-CHO) an der C7-Position
- Chlorophyllmoleküle haben an einem Ende eine ringförmige Struktur, die man Porphyrin nennt
- Magnesium-Ion im Zentrum hat
30. Welches ist z.B. das Grundgerüst von Chlorophyllen?
Porphyrin ring (=Tetrapyrol) und ein Hydrocarbon schwanz
31. Beschreiben Sie kurz die Funktion von Carotinoiden im Photosyntheseapparat.
Carotinoide sind teil der Lichtsammelkomplexe in welchen Energie gesammelt und an die Reaktionszentren weitergeleitet wird.
32. Welche Substanz ist der Endakzeptor für Elektronen bei der photosynthetischen
Elektronentransportkette in Pflanzen?
NADP+
33. Zeichnen und beschriften Sie das Modell des linearen Elektronentransports bei der Photosynthese in
Pflanzen (Membran mit den beteiligten Komplexen)
:
34. Was sind Cytochrome und welche Funktion/Eigenschaft haben sie?
Als Cytochrome bezeichnet man die in allen Sauerstoff-benötigenden Zellen vorkommenden, elektronentransportierenden Proteine mit gebundenen Häm-Molekülen als prosthetische Gruppen. Der Cytochrom b6f – Komplex verbindet Photosystem II mit dem Photosystem I. Er verteilt Elektronen von einem Zwei-Elektronentransporteur auf einen Ein-Elektronentransporteur und pumpt Protonen in den Thylakoidinnenraum und leistet somit einen Beitrag zum Protonengradienten.
35. Welches ist der direkt von der Lichtenergie abhängige Schritt der Photosynthese?
Photo. Eletronentransportkette
36. Ist die ATP-Synthase ein Enzym? Begründen Sie kurz.
Das Enzym ATP-Synthase oder FoF1-ATPase (EC 3.6.3.14) ist ein Transmembranprotein, mit den Funktionen einer Protonenpumpe und einer ATPase. Die ATP-Synthase tritt abhängig vom Verhältnis der Substrate und Produkte entweder als ATP-verbrauchende Protonenpumpe oder als Protonen-getriebene ATP-Synthase auf.
37. Wie ist die ATP-Bildung durch die ATPase überhaupt möglich? Was gibt es dazu für Vorstellungen?
Die Mitchell-Hypothese: (= oxidative Phosphorelierung) Seine Arbeitsgruppe konzentrierte sich bei der Untersuchung der Atmungskette auf den Elektronenüberträger Ubichinon (Q-Zyklus). Die Ergebnisse waren mit der Idee eines „energiereichen Zwischenprodukts“ der Atmungskette als Motor der ATP-Synthase nicht vereinbar. Mitchell postulierte stattdessen, dass das Enzym seine Energie von einem pH-Gradienten bekommt.
38. Welches ist die treibende Kraft für die ATP-Bildung in der Photosynthese. Aus welchen „beiden
Teilen“ setzt sie sich zusammen?
Chemisches Potential und Membranpotential = Protonenmotorische Kraft
39. Welche pH-Werte haben etwa das Stroma bzw. das Lumen der Thylakoide bei aktivem
photosynthetischem Elektronentransport?
pH Wert Stroma: pH 7
pH Wert Lumen: pH 2-3
40. Charakterisieren Sie das Enzym Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase-Oxigenase. Nennen Sie vier
Eigenschaften.
Rubisco (ein Enzym)
Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase
- hat Carboxylase-Aktivität („erwünscht“)
- hat Oxygenase-Aktivität („unerwünscht“, anschließend Photorespiration)
- in Blättern meist 40% der gesamten wasserlöslichen Proteinmenge =
häufigste Protein auf der Welt
Ribulose-1,5-bisphosphat + CO2 2 x 3-Phosphoglycerat
41. In welche drei Teilprozesse lässt sich der Calvinzyklus unterteilen?
- Carboxylierung
- Reduktion
- Regeneration
42. Nennen Sie die Hauptfunktion des Calvinzyklus.
Fixierung (Assimilation) von CO2
43. Zeichnen Sie die chemische Struktur des ersten stabilen Produkts der RUBISCO-Reaktion.
3-Phosphoglycerat =
erstes stabiles Produkt
der CO2-Fixierung
44. Der Calvinzyklus wird auch als „Dunkelreaktion“ bezeichnet. Nehmen Sie zu diesem Vergleich kurz
Stellung.
Der Calvinzyklus ist nicht direkt von Lichtenergie abhängig daher könnte er auch ohne Licht stattfinden. Allerdings ist die PSE wovon er abhängig ist selbst Lichtabhängig wodurch er faktisch nachts nicht stattfindet.
45. Formulieren Sie die Photosynthesegleichung von höheren Pflanzen.
12 H2O +6 CO2 → C6H12O6 +6 O2↑ +6 H2O; ΔG°' = –2880 kJ/Mol Glucose.
46. In welcher Weise hängen die photosynthetische Elektronentransportkette und Calvin-Zyklus
voneinander ab?
Der Calvinzyklus ist von der im PSE Energie in Form von NADH und ATP generierten Energie abhängig.
47. Kann die photosynthetische Elektronentransportkette längerfristig weiterlaufen, unabhängig vom
Calvinzyklus? Begründen Sie kurz.
Ja, der Calvinzyklus ist von der aus der PSE entstehenden Energie abhängig, nicht anders herum. In der Thylakoidmembran wo ATP synthetisiert wird finden keine weiteren Reaktionen statt.
48. Die im Calvinzyklus gebildeten Triose-Phosphate werden weiter in Zucker bzw. Kohlehydrate
umgebaut. Nennen Sie die beiden Hauptprodukte und deren Syntheseorte in der Pflanzenzelle.
Stärke (Chloroplast)
Saccharose (Cytosol)
49. Worin besteht der Unterschied zwischen einer Oxygenase und einer Carboxylase?
Oxygenasen, eine Untergruppe der Oxidoreductasen und damit Sammelbezeichnung für Enzyme, welche die direkte Übertragung von molekularem Sauerstoff auf Substrate (unter Bildung von Hydroxylgruppen) katalysieren.
Carboxylasen sind Enzyme, die Kohlenstoffdioxid als eine Carboxygruppe in ihr Substrat einbauen.
50. Nennen Sie die an der Photorespiration beteiligten Zellorganellen.
Peroxisomen, Mitochondrien
51. Welche Reaktion katalysiert das Enzym Katalase? In welchem Organell ist es vorhanden?
Katalase wandelt Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff um. Das Enzym entgiftet auf diesem Weg im Körper oder in der Pflanze (Fotorespiration) entstehende Peroxide.
52. Atmung wird auch als Respiration bezeichnet. Diese ist jedoch von der Photorespiration zu
unterscheiden. Nennen Sie die gemeinsame Eigenschaft beider Prozesse und zwei Unterschiede.
- beide verbrauchen O2
- beide setzen CO2 frei
- photorespiration findet nur bei licht statt, respiration auch im dunkeln
53. Ergänzen Sie folgende Tabelle:
C3-Pflanze C4-Pflanze CAM-Pflanze
Bündelscheidezellen vorhanden?
Erstes stabile Produkt der CO2-Fixierung
Calvinzyklus vorhanden?
Wenn ja, wann findet der Calvin-Zyklus
statt? (Tag oder Nacht)
In welchem Zelltyp des Blattes findet der
Calvinzyklus statt?
In welchem Organell findet der
Calvinzyklus statt?
Beispiel-Pflanzenart
:
54. Welcher Photosynthesetyp (C3, C4 und CAM) braucht am wenigsten und welcher am meisten
Wasser zur Produktion von einen Gramm Biomasse?
C3: 450-950 ml / g
C4: 230-250 ml / g
CAM: 50-55 ml / g
55. Ermitteln Sie den Wert für die Nettophotosyntheserate:
Bruttophotosyntheserate: 20 µmol CO2 m-2 s-1
Atmung: 3 µmol CO2 m-2 s-1
Photorespiration: 5 µmol CO2 m-2 s-1
20
-3
-5
= 12 µmol CO2 m-2 s-1
56. Bei welchem photosynthetischen Pflanzentyp ist die Photorespiration am stärksten (C3, C4, CAM)?
c3 Pflanzen
57. Definieren Sie kurz den CO2-Kompensationspunkt der Photosynthese. (inklusive Schema anfertigen)
CO2-Kompensationspunkt, die minimale CO2-Konzentration der Außenluft, bei der sich der CO2-Verbrauch (Calvin-Zyklus) und die CO2-Produktion (Fotorespiration) einander die Waage halten. Steigt die CO2-Konzentration über diesen Wert, wird Fotosynthese durchgeführt.
58. Erläutern Sie kurz das Phänomen der Lichtsättigung der Photosynthese. Fertigen Sie auch ein
entsprechendes Schema an.
Lichtsättigung, obere Grenze der Beleuchtungsstärke, oberhalb derer die CO2-Aufnahme und damit auch die Nettophotosynthese der Pflanzen nicht mehr zunehmen.
59. Beschreiben Sie kurz den Vorteil von C4-Pflanzen gegenüber C3-Pflanzen in Bezug auf CO2-
Fixierung und die entsprechenden Umweltbedingungen.
- Netto Photosynthese bereits a geringer CO2 konzentration möglich da co2 durch PEP konzentriert wird
- hierdurch weniger stomata öffnen notwendig-> weniger wasserverlust
60. Ist der Zellsaft von CAM-Pflanzen am Morgen saurer oder basischer als am Abend? Begründen Sie
kurz.
Der Zellsaft ist am morgen Saurer da das in der nacht fixierte CO2 als malat (salz der äpfelsäure) gespeichert wird. Diese säure nimmt im laufe des tages durch den abbau im lauf der Photosynthese bzw im Calvinzyklus ab
61. Welchen ökologischen Vorteil haben CAM-Pflanzen gegenüber C3-Pflanzen?
- keine nebenreaktionen = gesteigerte Effektivität
- sehr gut an extreme hitze und Strahlung angepasst
- Höhere Photosynthese rate bei niedrigeren co2 innen konzentrationen als bei c3
62. Erläutern Sie kurz, warum erhöhte CO2-Gehalte in der Außenluft bei C3-Pflanzen theoretisch zu einer
Ertragssteigerung führen können, die für C4-Pflanzen jedoch nicht zutrifft.
Da C4 Pflanze zuerst mithilfe der PEP carboxylase eine co2 vorfixierung durchführen müssen, C3 pflanzen verwerten das CO2 hingegen sofort weiter und werden inihrer Leistungssteigerung nur von den anderen abiotischen faktoren die mit einer erhöhung des co2s in der luft eingehen beschränkt.
63. Atmen Pflanzen zu jeder Jahreszeit? Begründen Sie kurz.
Ja, Pflanzen führen immer Zellatmung durch um ihren Organismus am Leben zu erhalten. Was jedoch von abiotischen faktoren beziehungsweise deren summe in einer Jahreszeit abhängig ist ob die Pflanze Nettophotosynthese betreibt
64. Können Atmung und Photosynthese in der Pflanzenzelle gleichzeitig ablaufen? Bitte kurz begründen,
warum ja bzw. nein.
Ja, Atmung und Photosynthese schliessen sich nicht gegenseitig aus da sie nicht im selben Orten in der Zelle stattfinden. Zudem ist Zellatmung beständig notwendig um den Organismus und die individuellen Zellen am Leben zu erhalten.
65. Welcher Organismentyp kann auch schon bei einer Temperatur von 0°C Netto-Photosynthese
betreiben?
Die Zirbelkiefer hat bereits ab 0 Grad eine nettophotosynthese.
66. Beschreiben Sie kurz die Bedeutung der Photosynthese für die Entwicklung des Lebens (Lebewesen)
auf der Erde.
Photosynthese änderte die Sauerstoffatmosphäre der Erdatmosphäre was das Landleben möglich macht