Aufgabe C 2 Licht und Leben
Das Leben auf der Erde hängt entscheidend von der Biomasseproduktion grüner
Pflanzen ab. Im 20. Jahrhundert wurden zahlreiche Experimente zur Aufklärung der
Photosynthese durchgeführt.
1. Robert Emerson
veröffentlichte 1929 die
Resultate einer
Untersuchung an Blättern
zum Ablauf der
Photosynthese. Die folgende
Abbildung zeigt die
Ergebnisse zweier
Messreihen, in denen die
Abhängigkeit der
Photosyntheserate von der
Temperatur bei
unterschiedlichem
Chlorophyllgehalt bestimmt
wurde. Alle übrigen
Versuchsparameter waren
optimal und wurden während der Experimente konstant gehalten.
Vergleichen Sie den Verlauf beider Messkurven und erläutern Sie Ihre Aussagen im
Hinblick auf den grundsätzlichen
Ablauf der Photosynthese!
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2. Bei der Aufklärung des
Calvinzyklus leistete die 14CTracer-Methode wertvolle Hilfe.
Als Versuchsobjekte dienten
einzellige Grünalgen der Gattung
Chlorella. Die Zellen wurden in
drei Versuchsansätzen mit 14CO2
kultiviert und nach 0,2 s, 0,5 s
bzw. 60 s abgetötet.
Anschließend wurden Zellextrakte
hergestellt und deren Inhaltsstoffe
durch zweidimensionale
Chromatographie getrennt. Die
jeweiligen Chromatogramme
wurden auf Röntgenfilme gelegt.
In Abbildung 2 sind die drei
entwickelten Röntgenfilme
dargestellt:
Ordnen Sie den Substanzflecken Nr. 10 und 11 Substanzen des Calvinzyklus zu,
begründen Sie Ihre Aussage und erklären sie, weshalb die Zahl der Substanzflecken im
Chromatogramm/Röntgenfilm 3 größer ist als in Chromatogramm/Röntgenfilm 2! 8 BE
3. Chloroplasten enthalten neben Chlorophyll auch andere Farbstoffe wie zum Beispiel
Lutein.
Abb. 3: Strukturformel von Lutein
3.1. Die folgenden Abbildungen zeigen das Absorptionsspektrum von Lutein sowie den
Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Farbempfindung des Lichtes. Zudem ist ein
so genannter Farbkreis abgebildet. Leiten Sie mithilfe dieser Angaben die Farbe von
Lutein ab!
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3.2. Die folgende Abbildung zeigt den schematischen Aufbau eines Chloroplasten:
Wässrige Matrix
Thylakoidmemembran
Abb. 7: Schematischer Aufbau eines Chloroplasten
Wie alle Biomembranen besteht das Grundgerüst dieser Thylakoid-membranen aus
einer Doppelschicht verschiedener Phospholipide. Die folgende Abbildung zeigt die
Struktur eines solchen Phospholipids:
Erläutern Sie anhand der Molekülstruktur, wie Phospholipide in der Thylakoidmembran
angeordnet sind, und leiten Sie ab, ob Lutein ein Bestandteil der Thylakoidmembran ist
oder in der wässrigen Matrix des Chloroplasten gelöst ist!
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4. Porphyrine sind Gegenstand intensiver Forschung, da sie Bestandteil einer ganzen
Reihe biologisch wichtiger Moleküle, z.B. von Chlorophyll sind. Derzeit ist man daran
interessiert, in Wasser gut lösliche Porphyrine herzustellen, mit denen man unter
zellphysiologischen Bedingungen Untersuchungen durchführen kann. So werden
bestimmte Porphyrine (s.Abb. 9) zur Erhöhung der Wasserlöslichkeit an ein
Monosaccharid geknüpft. Das entstandene Produkt zeigt keine Mutarotation.
4.1. Formulieren Sie für die Reaktion zwischen dem Porphyrin, dessen Strukturformel in
Abb. 9 dargestellt ist, und Fructose eine Strukturformelgleichung!
Stellen Sie hierbei die Fructofuranose in der Haworth-Projektion dar und benennen Sie
den Bindungstyp! An der Reaktion nicht beteiligte Molekülbestandteile des Porphyrins
können mit R abgekürzt werden.
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4.2. Erklären Sie das Phänomen der Mutarotation und erläutern Sie, weshalb es in
diesem Fall nicht zu beobachten ist!
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