Referat Pflanze und Licht

Pflanze und Licht

Unterschiedliche Wachstumszeit um der Konkurenz mit anderen Pflanzen auszuweichen

Fotomorphose die Steuerungswirkung auf Pflanzen

Etoilement Verteilung)

Das Blatt als Organ der Fotosynthese:

Photosynthese:

CO2 + 2 H 0 (Licht) C6H1 O6 +6 02 +6 H20

Kohlenstoffdioxid + Wasser Traubenzucker + Sauerstoff + Wasserstoff

Durch das vom Antennenkomplex eingefangene und in das Reaktionszentrum mit den beiden

Chlorophylpigmenten P6 0 bertragene Licht wird die Abgabe von 2e- bewirkt.

Ein Enzymkomplex entzieht dem Wasser 2e- und pberträgt sie auf die beiden P 0 Moleküle. Ersetzen der beiden verlorengegangenen Elektronen durch die Wasserspaltung nennt man Photolyse.

b Die Elektronen flie en ber eine Elektronentransportkette vom Primären Elektronenakzeptor des

Photosystems II zum Photosystem I

Der Elektronenfluß von einem H heren zu einem Niedrigeren Energieniveau liefert die Energie f r die

Synthese von ATP.

. Elektronen die das untere Energieniveau der Transportkette erreichen, füllen die Elektronenlücken im P 00 auf.

Sie ersetzen diejenigen Elektronen, welche die Lichtenergie von P7 0 zum prim ren Elektronenakzeptor des

Photosystems I getrieben wird.

Der prim re Elektronenakzeptor des Photosystems I gibt die angeregten Elektronen ber einen weiteren

Elektronenübertr ger an ein Enzym NADPH) weiter.

ATP: Adenosintriphosphat ist der universelle Energie berträger der Natur. Adenin Ribose ATP

RGT Regel:

Photosynthese Stoffwechselreaktion chlorophyllhaltiger Organismen grüne Pflanzen und einige Bakterien), bei der organische Verbindungen aus anorganischen Molekülen durch Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie synthetisiert werden. Die Photosynthese ist einer der wichtigsten physiologischen Prozesse überhaupt, da durch sie organische, energiereiche Verbindungen und Sauerstoff erzeugt werden und damit die Existenz von Lebewesen in unserer Biosph re überhaupt erst möglich wird.

Eine verallgemeinerte, chemische Gleichung für die Photosynthese lautet

CO₂ + 2 H A + Sonnenlicht ± C₆H₁ O₆ + 2 A+ 6 H O.

Die Formel H₂A steht f r eine Ausgangssubstanz, die oxidiert wird, d. h. Elektronen abgeben kann. CO₂ ist die chemische Formel für Kohlendioxid und C₆H₁ O₆ steht f r Glucose (eine Hexose . Bei der überwiegenden Mehrzahl der Photosynthese treibenden Organismen - grüne Pflanzen und Cyanobakterien -

^{handelt es sich bei H A um Wasser (H O aus dessen Spaltung Sauerstoff freigesetzt wird. Bei manchen}

Photosynthese treibenden Bakterien steht H₂A dagegen für Schwefelwasserstoff (H₂S) oder andere einfach gebaute, organische Substanzen. Bei dieser so genannten anoxygenen Photosynthese von Bakterien entsteht daher kein Sauerstoff. Im folgenden soll nur die Form der Photosynthese n her erl utert werden, bei der Wasser als Elektronenspender fungiert.

Die Photosynthese verl uft in zwei Schritten: In der Lichtreaktion kommt es zu einer Reihe von lichtabh ngigen, jedoch temperaturunabh ngigen Reaktionen, deren Geschwindigkeit innerhalb bestimmter Grenzen durch steigende Lichtintensit t beschleunigt werden kann. Eine Temperaturerh hung zeigt dagegen

keine Wirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeit. Die zweite Reaktionsreihe, die Dunkelreaktion, ist lichtunabhängig, ihre Geschwindigkeit kann jedoch durch Temperaturerh hung gesteigert werden.

Lichtreaktion

Der erste Schritt bei der Photosynthese ist die Absorption von Licht durch spezielle Pigmente Farbstoffe , die meist an Proteine gebunden sind und charakteristische Absorptionsspektren (bestimmte Wellenlängenbereiche des Lichtes, in denen ein Pigment Lichtenergie aufnehmen kann) aufweisen. Der Hauptfarbstoff der Photosynthese ist Chlorophyll a. Er nimmt Lichtenergie aus den violetten und roten Anteilen des Spektrums auf. Chlorophyll b und c sowie andere Pigmente wie die Carotinoide und Phycobiline absorbieren leicht abweichende Wellenlängen und können die Lichtenergie an das Chlorophyll a weiterleiten. Diese Pigmente verbreitern damit das Lichtspektrum, das zur Energiegewinnung durch Photosynthese genutzt werden kann.

Die Photosynthese findet innerhalb der Zellen in bestimmten Organellen, den Chloroplasten, statt. Die wichtigsten Strukturelemente der Chloroplasten sind Membransysteme, die Thylakoide. In den Thylakoidmembranen sind die Photosynthesepigmente und Enzymsysteme für die verschiedenen Photosynthesereaktionen lokalisiert, wobei jeweils mehrere Pigmente zu Photosystemen zusammengefasst sind. Durch die Absorption eines Lichtquants werden die Elektronen der Pigmentmoleküle auf h here Energieniveaus angehoben. Anschlie end wird die dadurch gebundene Lichtenergie in Form des angeregten Elektrons ber verschiedene Zwischenpigmente bis zum zentralen Molekül des jeweiligen Photosystems, dem Reaktionszentrum, weitergeleitet.

Es lassen sich zwei Lichtreaktionssysteme unterscheiden, Photosystem I und II. Durch Absorption von Licht wird zun chst das Photosystem II angeregt und die energiereichen Elektronen ber eine Elektronentransportkette dem Photosystem I zugef hrt. Durch Weitergabe des Elektrons entstehen Elektronenlücken bei den Chlorophyllmolek len im Photosystem II. Diese werden durch Elektronen ersetzt, die aus gespaltenen Wassermolekülen stammen, wobei Sauerstoff freigesetzt wird. Die energiereichen Elektronen werden über eine Elektronentransportkaskade zurück an das Photosystem I geleitet. Die bei der Elektronenübertragung freiwerdende Energie wird zur Bildung von Adenosintriphosphat (ATP) verwendet. Die vom Photosystem I aufgenommene Lichtenergie wird an das Reaktionszentrum weitergeleitet und f r die Anregung der Chlorophyll a-Moleküle verbraucht. Energiereiche Elektronen werden ber eine zweite Elektronentransportkette zum Coenzym (siehe Enzyme) Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat (NADP) geleitet, das sie zu energiereichem NADPH2 reduzieren. Die Elektronen, die das Photosystem bei dieser Reaktion abgibt, werden durch Elektronen ersetzt, die vom Photosystem II zugeleitet wurden. Dadurch fällt das Chlorophyllmolekül in den neutralen Grundzustand zurück. Die Lichtreaktion resultiert daher in einem Energiegewinn in Form der Moleküle ATP und NADPH2, die im pflanzlichen Stoffwechsel benötigt werden.

Dunkelreaktion

Die Dunkelreaktion findet im Stroma des Chloroplasten - der Matrix, welche die Thylakoidmembranen umgibt - statt. Dort wird die als ATP und NADPH₂ gespeicherte Energie genutzt, um Kohlendioxid zu organischen Kohlenstoffverbindungen zu reduzieren. Dieser Vorgang vollzieht sich nach dem Mechanismus

des Calvin-Zyklus. Bei jeder Runde dieses Zyklus tritt ein Kohlendioxidmolekül in den Kreislauf ein. Das Kohlendioxid wird zunächst an eine Pentose (ein Zuckermolekül mit fünf Kohlenstoffatomen) - RubP (Ribulose bisphosphat) - gebunden, die in zwei dreigliedrige Kohlenstoffmoleküle PGA, Phosphoglycerat) zerf llt. Diese werden zu Glycerinaldehyd-3-Phosphat reduziert. Drei vollständige Durchläufe des Zyklus liefern eines der dreigliedrigen Kohlenstoffmoleküle (Glycerinaldehyd-3-Phosphat), wobei jeder einzelne Zyklus ein Molekül Kohlendioxid, zwei Moleküle NADPH2 und drei Moleküle ATP verbraucht. Zwei dieser Kohlenstoffmoleküle dienen als Ausgangsstoffe für die Synthese von Hexosen (Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen) im Cytoplasma wie der Glucose (Traubenzucker). Daraus werden wiederum die wichtigsten Transport- und Speicherformen für Zucker, Saccharose und Stärke gebildet. Das Bindemolekül für Kohlendioxid RubP wird mit jeder Umdrehung des Kreislaufes wieder regeneriert.

Damit liegt das Ergebnis der Photosynthesereaktion in der vor bergehenden Umwandlung von Lichtenergie in die chemischen Verbindungen ATP und NADPH₂durch die Lichtreaktion und der endgültigen Fixierung der Energie in Form von Zuckermolekülen mit Hilfe der Dunkelreaktion. W hrend des Prozesses wird unter

Freisetzung von Sauerstoff Wasser gespalten, um Elektronen für die Elektronentransportketten bereitzustellen. Kohlendioxid wird bei der Dunkelreaktion reduziert und liefert dadurch die Grundbausteine f r das Endprodukt, das Zuckermolekül. Die Summenformel für die Photosynthesereaktion, bei der Wasser die Rolle des Elektronenspenders übernimmt, lautet daher:

Chloroplasten, Zellorganellen, in denen die Photosynthese stattfindet. Sie finden sich in den Zellen von grünen Pflanzen und den grünen Augentierchen. Chloroplasten sind meist scheibenförmig und besitzen einen Durchmesser von vier bis sechs Mikrometern. Sie kommen bei den H heren Pflanzen Farne, Nackt- und Bedecktsamer) in gro er Zahl in den Parenchymzellen der Blätter vor und sind in der Lage, sich nach der Lichteinstrahlung selbst auszurichten. Jede Blattzelle enth lt ungef hr 40 bis 0 Chloroplasten, was einer Anzahl von 5 0 0 0 dieser Organellen pro Quadratmillimeter Blattfläche entspricht.

Chloroplasten sind au en von einer Doppelmembran umgeben. Im Innern befindet sich ein komplexes, miteinander verbundenes Netzwerk von Lamellenkörpern, den so genannten Thylakoiden. Teilweise bilden diese kleine Stapel, vergleichbar mit einem Stapel Teller, teils kommen sie in länger ausgezogener Form vor und verbinden diese "Tellerstapel" miteinander. Lichtmikroskopisch hneln diese Stapel kleinen K rnern und werden deshalb als Grana bezeichnet lateinisch granum: Korn). Die W nde der Lamellen bestehen aus Membranen, in denen sich das Chlorophyll befindet, ein Pigmentmolekül, das entscheidend für die Photosynthese ist. Daneben befinden sich auch noch weitere Proteine und Enzyme, die f r die Photosynthese notwendig sind, in diesen Lamellen und bilden die so genannten Photosysteme I und II (Photosynthese). Gelegentlich speichern die Chloroplasten auch Energie in St rkekörnern.

In den Pflanzen entwickeln sich die Chloroplasten unter Lichteinstrahlung aus farblosen Organellen, den Proplastiden. Während der Zellteilung teilen sich die Proplastiden ebenfalls, wobei die Tochterproplastiden ihrerseits wieder Chloroplasten hervorbringen können. Bei den Algen teilen sich die Chloroplasten dagegen direkt, ohne die Vorstufe der Proplastiden. Die Tatsache, dass Chloroplasten sich selbständig vermehren können und dass sie au erdem unabh ngig von ihrem Vorkommen in ganz verschiedenen Pflanzen- oder Algengruppen stets sehr ähnlich gebaut sind, f hrte zu der Hypothese, dass Chloroplasten einst unabhängige Organismen waren, die irgendwann im Lauf der Evolution als Symbionten in die Zellen aufgenommen wurden und fortan nur noch zusammen mit den Zellen existieren konnten.

kologie Lehre von den Wechselbeziehungen zwischen den Organismen untereinander und mit ihrer unbelebten und belebten Umgebung. Die unbelebte oder physikalisch-chemische Umgebung umfasst die Faktoren Licht und W rme bzw. Sonneneinstrahlung, Feuchtigkeit, Wind, Zusammensetzung der Luft, vor allem den Gehalt an Sauerstoff und Kohlendioxid, sowie die vorhandenen Nährstoffe im Boden, im Wasser und in der Atmosph re. Zur belebten oder biologischen Umgebung von einem Organismus geh ren sowohl die Lebewesen der gleichen Art als auch diejenigen anderer Arten. Die Beziehungen beschränken sich nicht nur auf Pflanzen und Tiere, sondern umfassen auch Pilze, Bakterien, Viren und andere Einzeller. 1