6.2 Stoffwechsel Klausur: Pflanzen betreiben

6.2 Stoffwechsel
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Klausur: Pflanzen betreiben Assimilation und Dissimilation
Aufgaben
Die Dissimilation und die Assimilation sind zwei Prozesse, die sich gegenseitig bedingen. Sie bilden den Stoffkreislauf auf unserer Erde, angetrieben vom Energiefluss der Sonne. Pflanzen speichern die aufgenommene
Sonnenenergie, indem sie energiereiche Kohlenhydrate aufbauen. Aber auch Pflanzen benötigen Energie,
genau wie Tiere. Sie müssen also ebenso atmen wie die Tiere. Sie bauen die Kohlenhydrate wieder ab und
gespeicherte Sonnenenergie wird frei.
1 Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in einem Ruderboot, das auf einem gleichmäßig dahin fließenden Fluß treibt
(Material 1). Sie können sich entweder den Fluß hinabtreiben lassen oder gegen die Strömung rudern. Übertragen Sie nun diese Vorstellung auf den CO2-Haushalt der Pflanze.
a Erläutern Sie anhand dieses Bildes, dass eine Pflanze sowohl die exergonische Dissimilation als auch, je
nach Belichtung, die endergonische Assimilation durchführt.
b Vergleichen Sie den Aufbau eines Sonnen- und Schattenblattes (Material 2) und erklären Sie anhand des
Materials 3 den Lichtkompensationspunkt und den Lichtsättigungspunkt eines Sonnen- und eines Schattenblattes.
c Früher wurden im Krankenhaus abends die Blumen aus dem Krankenzimmern entfernt mit der Begründung, die Pflanzen würden „die Luft verbrauchen“. Beurteilen Sie diese Aussage.
2 Sowohl die Assilimation als auch die Dissimilation laufen in den Pflanzen ab. Obwohl die beiden Stoffwechselwege unterschiedliche Richtungen aufweisen, sind sie miteinander vergleichbar.
a Skizzieren Sie ein Mitochondrium und einen Chloroplasten und vergleichen Sie die chemiosmotischen
Vorgänge miteinander.
b Werten Sie die Informationen in Material 4 über Rotenon aus und erklären Sie die Ergebnisse.
c FCCP ist eine Substanz, die den passiven Protonentransport durch die innere Mitochondrienmembran
entlang dem Konzentrationsgefälle ermöglicht. Erklären Sie die Folgen.
3 An besonders heißen und trockenen Orten schließen Pflanzen in den Mittagsstunden ihre Stomata fast vollständig (Mittagsdepression).
a Stellen Sie die Vor- und Nachteile dieses fast vollständigen Schließens der Stomata dar.
b Das Enzym, das bei vielen Pflanzen die CO2-Fixierung katalysiert, ist Rubisco. Bei anderen Pflanzen ist das
CO2-fixierende Enzym PEP-Carboxylase. In Material 5 werden beide Enzyme verglichen. Erläutern Sie den
Begriff CO2-Kompensationspunkt. Beurteilen Sie die beiden Enzyme bezüglich ihrer Funktionalität bei
Pflanzen an heißen und trockenen Standorten.
c Werten Sie den Versuch in Material 6 aus. Beschreiben Sie den Verlauf der CO2-Konzentration in dem Glasgefäß und erklären Sie Ihre Angaben.
d Erstellen Sie eine Hypothese über den CO2-Konzentrationsverlauf im Glas, wenn eine der beiden Pflanzen
abgestorben ist.
© Als Kopiervorlage für den eigenen Unterrichtsgebrauch freigegeben. Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2010
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Material 1
Material 2
Sonnenblatt
Schattenblatt
Sonnen - und Schattenblatt
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Material 3
Material 4
Sonnenblatt
O2 Produktion
Schattenblatt
0
10
O2 Verbrauch
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Beleuchtungsstärke an einem
Sommertag im
Schatten unter
Bäumen
20
Beleuchtungsstärke (10 3 lux)
Rotenon ist ein Zellgift und blockiert den
Elektronentransport bestimmter Proteine
in der Atmungskette. Gibt man Rotenon in
einem Versuchaufbau zu Zellen, die ihren
ATP-Bedarf durch NADH+H+ decken, sterben die Zellen ab. Zellen, die ihren Energiebedarf durch FADH2 decken, bleiben durch
die Zugabe von Rotenon unbeeinflusst.
unter freiem Himmel
an einem bewölkten
Sommertag
O2 Produktion bzw. Verbrauch von Sonnen- bzw.
Schattenblatt unterschiedlicher Beleuchtungsstärke
Information über Rotenon
Material 5
Luft
CO2-Fixierung
mit Rubisco*
CO2-Fixierung
mit PEP-Carboxylase*
*CO2-Kompensationspunkt
50 ppm
*CO2-Kompensationspunkt
5 ppm
Knolliger Hahnenfuß
Mais
Versuch: Die Pflanzen werden in einem luftdichtem Glasgefäß zusammen eingepflanzt und bei optimalen Licht-, Wasser- und Temperaturbedingungen gehalten.
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6 / 7 / 8
Thema: Stoffwechsel
Dauer: 3 – 4 Stunden
Die Pflanzen betreiben Dissimilation und Assimilation
Erwartung
6.4 / 8.1
1 a
  b
  c
I
Treiben im Fluss steht für CO2-Abgabe /Dissimilation, exergonisch; Rudern
gegen die Strömung entspricht CO2-Aufnahme/Assimilation, endergonisch.
Wenn durch Rudern gegen den Strom die Fließbewegung kompensiert wird,
das Boot quasi am selben Ort bleibt, ist der Lichtkompensationspunkt erreicht.
II
III
 
 2
 5
    7
Sonnenblatt: klein und dick, mehrschichtiges Palisadenparenchym, an
 
äußerer Baumkrone. Schattenblatt dünn; größere Blattspreite,
einschichtiges Palisadenparenchym, wächst an beschatteten Bereichen.
 8
Lichtkompensationspunkt: O2-Produktion = O2-Verbrauch; wird vom Schattenblatt eher erreicht (weniger O2-Verbrauch). Lichtsättigungspunkt: keine weitere Steigerung der Fotosyntheserate durch mehr Licht; liegt beim Sonnenblatt
höher und später (Angepasstheiten an Lichtausnutzung s. o.).
 8
Im Dunkeln kann O2-Verbauch der Pflanze durch Atmung nicht durch Fotosynthese kompensiert werden, deshalb ist das Wegräumen prinzipiell richtig.
 2
   20
 2
 2
 5
max. Punktzahl
6.4 / 8.1 / 8.3
    7
   34
2 a
Skizze Mitochendrium, Skizze Chloroplast
Mitochondrium: aktiver Tranport von Protonen von innen nach außen, Energie durch Oxidation von NADH+H+ und FADH2, ATP-Synthase sorgt für ATPBildung. Chloroplast: Protonentranport von außen nach innen, angetrieben
durch Lichtenergie, Fotolyse des Wassers lässt Protonengradienten steigen.
  b
Rotenon muss den Elektronentransport im Komplex I oder den Transport vom
Komplex I zu Komplex II blockieren. Komplex I wird nicht für Übertragung der
Elektronen von FADH2 benötigt. Elektronen von FADH2 im Komplex II können
unbeeinflusst durch Redoxkette wandern. Bei Aufnahme der Elektronen vom
NADH+H+ schleust Komplex I die Elektronen in die Atmungskette ein. Fällt die
Aufnahme bzw. Weiterleitung aus, sterben die Zellen an ATP- Mangel.
 5
 4
   9
FCCP baut durch den passiven Protonentransport durch die innere Mitochondrienmembran den Protonengradienten ab. Die Atmungskette und die
Endoxidation werden ungestört ablaufen, die Energiegewinnung mittels der
ATP-Synthase kann jedoch mangels Protonenantriebs nicht erfolgen.
 5
 4
    9
  c
 8
   12
 4
max. Punktzahl
7.4 / 8.5
Punkte
   30
3 a
Vorteil:Reduzierung der Transpiration, Nachteil: Absenken des CO2-Partialdrucks im Blatt, Fotosynthese wird reduziert oder gestoppt.
  b
CO2-Kompensationspunkt: CO2-Konzentration, bei der keine Netto-CO2-Assimilation mehr stattfindet. Rubisco hat höheren CO2-Kompensationspunkt, benötigt ca. 10 mal höheren CO2-Partialdruck als PEP-Carboxylase, PEP-Carboxylase
kann trotz niedrigen CO2-Partialdrucks mittags CO2 fixieren.
 8
 4
Beide Pflanzen wachsen bis 50 ppm CO2 weil sie CO2 fixieren können, PEPCarboxylasepflanze fixiert weiter CO2 bis 5ppm; während Rubisco-Pflanze
abstirbt. Bei 5ppm ist CO2 Aufnahme und Abgabe gleich, PEP-Pflanze wächst
nicht, stirbt aber auch nicht.
 8
 4
Abgestorbene Rubiscopflanze wird zersetzt, dadurch steigt die CO2-Konzentration im Gefäß, Kohlenstoff wird von der PEP-Pflanze aufgenommen.
 2
 4
  c
  d
 2
    6
 4
max. Punktzahl
Summen 30
102
   12
   36
40
30
  100