Photosynthese 1 Photosynthese Van Helmonts Experiment
Werbung
Photosynthese 1 2 3 Photosynthese Van Helmonts Experiment Woodwards Experiment • Woodward zog Pflanzen ohne Erde in Wasser an. In einem typischen Experiment über 77 Tage nahm die Pflanze um 1 g zu, während er 76 000 g Wasser aufwenden musste • Woodward testete Wasser verschiedener Herkunft: Regenwasser, Flusswasser, Wasser aus Pfützen - Pfützenwasser war am besten • Woodwards Schluss: “We may very reasonably infer, that Earth, and not Water is the matter that constitutes Vegetables. Water serves only for a Vehicle to the terrestrial Matter which forms Vegetables; and does not itself make any addition unto them.” 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Hales‘ Experiment Woraus bestehen Pflanzen? Chemische Elemente in Blättern Eine vereinfachte Formulierung der Photosynthese Eine vereinfachte Formel der Photosynthese Eine verbesserte Formel der Photosynthese als Redoxreaktion Redoxreaktionen übertragen Elektronen und Energie Herkunft des Sauerstoffs Welt-Photosynthese Photosynthese im Überblick Elektrolyse als Analogie zur Photosynthese Die chemische Energie aus der Elektrolyse wird undosiert freigesetzt Wie hängen Photosynthese und Atmung zusammen? Eine mechanische Analogie für Photosynthese und Atmung Chloroplasten sind der Ort der Photosynthese Das elektromagnetische Spektrum Anregung eines Moleküls durch Photonen Absorptionsspektrum und Wirkungsspektrum Anregung von Chlorophyll durch Licht • 23 24 Angeregtes isoliertes Chlorophyll kann die Energie als Fluoreszenz und Wärme abgeben. Wirkungsspektrum und menschliche Sehkraft Delokalisierte Pi-Elektronen ergeben ein breites Absorptionsband 1 Photosynthese 32 Chlorophyll ist in Lichtsammelkomplexen organisiert Die Antenne Das Z-Schema der Lichtreaktion Mechanische Analogie der Lichtreaktionen Transport von e- und H+ Der Q-Zyklus Die Richtung des Protonengradienten Was wird gebraucht, um ein CO2 zu reduzieren? 33 Die Stöchiometrie der Photosynthese 34 Zyklischer Elektronentransport deckt vermehrten ATP-Bedarf ATP wird von einem molekularen Rotor synthetisiert Visualisierung der Rotation durch Fluoreszenzmarkierung von gamma Aufklärung des Calvin-Zyklus in Algensuspensionen Kurzzeitmarkierung mit 14CO2 und Analyse der Produkte Die „Dunkelreaktion“ im Überblick Carboxylierungsreaktion Die Regenerationsphase des Calvin-Zyklus Stärke Stärke-Synthese Das Schicksal der Atome Wie werden ATP und Reduktionsäquivalente exportiert? Indirekter Export von ATP und NADPH Wie werden die Kohlenhydrate aus den Chloroplasten exportiert? Saccharose wird im Cytosol synthetisiert Metabolische Vernetzung der Photosynthese Effizienz der CO2-Verwertung? Der CO2-Kompensationspunkt Die Ursache der Lichtatmung: Oxygenase-Reaktion Die Oxygenase-Reaktion Photorespiration: Übersicht Photorespiration läuft in drei Kompartimenten Photorespiration läuft in drei Kompartimenten Wie hoch ist der Verlust durch Photorespiration? 25 26 27 28 29 30 31 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 2 Photosynthese 58 59 60 61 62 63 Zahlen zur Photorespiration Kompensationspunkte verschiedener Arten Der C4-Weg: Eine CO2-Pumpe Anatomie der C4-Blätter C4: Chloroplasten-Dimorphismus Der C4-Weg im Überblick a. Erster Schritt in den Mesophyllze/len • Carboxylierung von Phosphoenolpyruvat (PEP) zu Oxalacetat • (C4-Säure, daher die Bezeichnung C4-Pflanzen) • katalysiert durch PEP-Carboxylase (nur in Mesophyllzellen der • C4-Pflanzen enthalten) • diese fixiert CO2 in Form von Bicarbonat (HC03-) • anschließend Reduktion von Oxalacetat, z. B. zu Malat b. Zweiter Schritt • Transport der reduzierten Säure in die Bündelscheidenzellen • Decarboxylierung • endgültige CO2-Fixierung durch Rubisco im Calvin-Zyklus c. Dritter Schritt • Rücktransport der entstandenen C3-Säure in die Mesophyllzellen • Regeneration zu PEP 64 65 66 67 68 69 Der C4-Weg im Detail Quantenausbeute von C3 & C4 Pflanzen Vergleich C3 und C4 CAM als Anpassung an trockene Standorte CAM - ein detaillierter Blick Wasser und C-Ökonomie 3
