Ökologie - Biologie für die Oberstufe

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ten. In Richtung der Pole nehmen die jahreszeitlichen Schwankungen der Solarstrahlung immer mehr zu. Daher finden sich ausgeprägte Jahreszeiten vor allem in den gemäßigten und arktischen Breiten diesseits und jenseits des Äquators, während in den tropischen Regionen über das ganze Jahr hinweg ähnliche Temperaturen herrschen. 2.3.3 Die Photosynthese Die Photosynthese ist der wichtigste Prozess für das Leben auf der Erde. Bei der Photosynthese wird Strahlungsenergie in Form von Licht von Pflanzen absorbiert und in chemische Energie umgewandelt. Dabei kommt es zu einer Abspaltung von Wasserstoff aus Wasser und zur Freisetzung von Sauerstoff. Der Wasserstoff wird auf Kohlenstoffdioxid übertragen und als Kohlenstoffverbindung (Zuckermoleküle, „Monosaccharide“) gebunden (siehe ⇒ Abbildung 2.38). Die Gesamtbilanz der Photosynthese kann in vereinfachter Form folgendermaßen dargestellt werden: 6 CO 2 + 12 H 2 O h · υ C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O 6 Moleküle Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) und 12 Moleküle Wasser (H 2 O) werden bei dieser chemischen Reaktion mit Hilfe von Lichtenergie in ein Zuckermolekül (C 6 H 12 O 6 ; Glucose), in 6 Wassermoleküle (H 2 O) und in 6 Sauerstoffmoleküle (O 2 ) umgewandelt. Aus diesen Grundbestandteilen organischer Substanz werden sowohl in den Blättern als auch in anderen Pflanzenteilen zahlreiche weitere komplexere Kohlenstoffverbindungen wie Fettsäuren, Enzyme und andere Proteine synthetisiert. Licht- und Dunkelreaktion Die Photosynthese, eine komplexe Aufeinanderfolge von Stoffwechselreaktionen, kann in zwei Teilprozesse unterteilt werden: die Licht- und die Dunkelreaktion. Die Lichtreaktion beginnt mit der photochemischen Reaktion, bei der Chlorophyll (das die Strahlung absorbierende grüne Pflanzenpigment) Strahlungsenergie aufnimmt. Das Chlorophyll befindet sich in speziellen Zellstrukturen (Organellen), den Chloroplasten. Durch die Absorption eines Lichtquants (Photon) werden Chlorophyllmoleküle in einen energiereicheren, angeregten Zustand versetzt. Die Moleküle sind in dieser Form jedoch nicht stabil; sie kehren rasch in ihren Grundzustand zurück und setzen dabei die absorbierte Energie des Photons wieder frei. Die Energie wird jedoch nicht wieder als Strahlung oder in Form von Wärme freigesetzt, sondern nacheinander auf eine Reihe von so genannten Akzeptormolekülen übertragen. Im Laufe dieses Prozesses, der Elektronentransportkette der Photosynthese, entsteht schließlich aus der Verbindung ADP (Adenosindiphosphat) die Verbindung ATP (Adenosintriphosphat) und aus NADP + (Nicotinamidadenin-dinucleotid-phosphat) NADPH + H + (die reduzierte Form von NADP + ). Die energiereiche Verbindung ATP und das starke Reduktionsmittel NADPH + H + , die in dieser Lichtreaktion entstehen, sind für den zweiten Schritt der Photosynthese, die Dunkelreaktion, entscheidend. 2.3 Abiotischer Faktor Solarstrahlung MErKE! Photosynthese Die Photosynthese ist ein Stoffwechselweg, bei dem Licht als Energiequelle zur Bereitstellung von Energie in Form von chemischen Bindungen in Kohlenhydraten genutzt wird. 39
2 2 im asbilse, as to- 2 Abiotische Umweltfaktoren – ihr Einfluss auf das Leben Photosynthese these organischer Verbindun- gen in den Chloroplasten an. Chloroplasten nden sich vor- nehmlich in den Mesophyll- zellen der Blätter. Das Meso- phyll ist das zwischen den beiden Abschlussgeweben im Blattinneren gelegene Gewe- be. Kohlendioxid gelangt durch mikroskopisch kleine Löcher, die Spaltönungen oder Sto- mata (gr. stoma , Mund), in das Blatt. Der Sauersto verlässt Abbildung 2.38: Die Orte der Photosynthese in einer Pflanze es auf in gleichem steigender Wege. Vergrößerung. Wasser wird von den Wur zeln absorbiert und über Blattadern zu den Blättern transportiert. Die Blätter exportieren synthetisierten Zucker über die Blattadern zu den Wurzeln und in andere nicht photo- synthetisch aktive Teile der Panze. Eine typische Mesophyllzelle enthält ca. 30–40 Chlo- roplasten von jeweils 2–4 * 4–7 µm Größe. Eine Hülle, bestehend aus zwei Membranen, umgibt einen in diesen Organellen als Stroma bezeichneten Innenraum mit einer Flüssigkeit hoher Dichte darin. Ein ausgefeil- tes System aus miteinander verbundenen Membran- säckchen, den Thylakoiden , durchzieht das Stroma und grenzt es gegen ein weiteres Kompartiment im In- neren der Thylakoide ab, das Thylakoidlumen . An manchen Stellen sind die Thylakoide zu so genannten Grana (lat. granum , Korn, Körnchen) aufgestapelt. Das Chlorophyll bendet sich, an Proteine gebunden, in den Thylakoidmembranen. Die invaginierten Photosyn- thesemembranen von Prokaryonten werden ebenfalls Thylakoidmembranen genannt (siehe Abbildung 27.8b). Nachdem wir den Ort der Photosynthese in Panzen in Augenschein genommen haben, wollen wir nun den Prozess selbst eingehender betrachten. 10.1.2 Der Weg einzelner Atome im Verlauf der Photosynthese: Edukte: Wissenschaftliche 6 CO2 12 H2OForschung Die Wissenschaftler haben jahrhundertelang den Vor- Produkte: C 6H 12O 6 6 H 2O 6 O 2 gang, durch den eine Panze ihre Nahrung erzeugt, Chloroplast Stroma Granum Blattgewebe Thylakoid Blattquerschnitt Spaltöffnungen Blattzelle Thylakoidlumen äußere Hüllmembran Membranzwischenraum innere Hüllmembran Abbildung aufzuklären 10.4: Das versucht. Schicksal Obwohl einzelner einige Atome Details während noch der im- 1 µm Photosynthese. Abbildung 2.39: mer fehlen, Die ist aus Das die dem Schicksal Bruttogleichung Kohlendioxid einzelner stammenden Atome der Photosynthese Atome während sind der Photosynthese. orange dargestellt, die aus dem Wasser stammenden blau. 40seit dem 19. Jahrhundert bekannt. In Gegenwart von Abbildung 10.3: Die Orte der Photosynthese in einer Panze in Licht erzeugen die grünen Teile einer Panze organi- steigender Vergrößerung. Die Photosynthese findet in Pflanzen Zu diesem Zweck ist die in Kapitel 9 bereits erwähnte sche Verbindungen und Sauersto aus Kohlendioxid, hauptsächlich in den Blättern statt. Die Bildfolge führt Sie in das Inne- CO 2 Blattader O 2 5 µm
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