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Lichtreaktion und Calvin-ZyklusChemie Biologie

Klasse 10–13 Klasse 10–13

T r a i l e r a n s e h e n

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Schlagwörter

ATP; Biomasse; Blatt (Pflanze); Calvin-Zyklus; Calvin, Melvin; Chlorophyll; Chloroplast; Cuticula; Diffusion; Dunkelreaktion; Elektron; Elektronentransportkette; Energie; Enzym; Filmanalyse; Fotolyse; Fotosynthese; Fotosystem; Glucose; Grafikkompetenz; Granum; Kohlenhydrate; Kohlenstoff; Kohlenstoffdioxid; Laubbaum; Laubblatt; Lichtreaktion; Lichtsammelfalle; Membran; Molekül; NADPH; Palisadengewebe; Pigment; Proton; Sauerstoff; Schwammgewebe; Sonnenlicht; Spaltöffnung; Stroma; Thylakoid; Wasser; Zelle (Biologie)

Systematik

Chemie › Organische Chemie › Kohlenwasserstoffe; Polymere Stoffe, Naturstoffe; Reaktionsmechanismen

› Biochemie › Molekulare Grundlagen der Organismen; Stoffwechselvorgänge

Biologie › Allgemeine Biologie › Evolution; Biochemie; Zellenlehre› Botanik › Allgemeine Botanik› Ökologie › Ökologische Grundlagen; Stoffkreisläufe

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Zum Inhalt

„Lichtreaktion und Calvin-Zyklus“ (Film 17 min)Der Film beschäftigt sich auf biochemi-scher Ebene mit den Abläufen der Foto-synthese, der Lichtreaktion und dem Calvin-Zyklus, auch Dunkelreaktion ge-nannt.Zunächst wird auf die Bedeutung der Fotosynthese von Pflanzen eingegangen und der Begriff definiert. Anschließend werden der Querschnitt eines Laubblatts betrachtet und die Chloroplasten als wichtigstes Zellorganell für die Fotosyn-these mit ihrem Feinbau vorgestellt. Da-bei werden auch die beiden Fotosysteme I und II mit den Lichtsammelfallen ange-sprochen.

Detailliert wird nun die Lichtreaktion – also die Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie – erläutert und die Rolle der Elektronentransportkette ge-klärt. Analog wird die Dunkelreaktion – der sogenannte Calvin-Zyklus – mit seinen drei Phasen beschrieben. Zum Schluss wird die Gesamtgleichung der Fotosynthese aufgeschlüsselt.

FilmsequenzenDie Bedeutung der Fotosynthese (1:10 min)Diese Sequenz unterstreicht die Wichtig-keit des Prozesses der Fotosynthese für Pflanzen und tierische Lebewesen und führt in die Grundlagen der Fotosynthe-se ein.

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Die Chloroplasten als Ort der Fotosynthese (2:20 min)In dieser Sequenz wird ein Laubblatt im Querschnitt genauer betrachtet und auf die Chloroplasten mit drei Membranen, Stroma und den Thylakoidstapeln – auch Grana genannt – im Besonderen einge-gangen.

Die Fotosysteme I und II (2:20 min)Diese Sequenz gibt einen umfassenden Überblick zu den für die Fotosynthese wichtigsten Strukturen in der Thylakoid-membran – den Fotosystemen I und II – und schildert detailliert deren Aufbau.

Die Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie (4:40 min)Diese Sequenz beschäftigt sich mit den

einzelnen Schritten, die bei der Umwand-lung der Sonnenenergie in chemische Energie stattfinden. Vor allem die Rolle der Elektronen sowie der Elektronen-transportkette und des ATP sowie NADPH bei der Lichtreaktion werden erläutert.

Der Calvin-Zyklus (4:00 min)In dieser Sequenz wird der Calvin-Zyklus definiert. Dabei wird mit dem in der Lichtreaktion entstandenen ATP und NADPH aus Kohlenstoffdioxid in mehre-ren Vorgängen – der CO2-Fixierung, der Reduktion von PGS zu PGA sowie der Regeneration des Ribulose-1,5-bisphos-phats – Glucose aufgebaut.

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Die Gesamtgleichung der Fotosynthese (1:10 min)In der letzten Sequenz wird die Gesamt-gleichung aus Licht- und Dunkelreaktion hergeleitet und nochmals auf die enorme Bedeutung der Fotosynthese für das Le-ben auf der Erde hingewiesen.

GrafikenAufbau eines Laubblatts (6 Grafiken)Anhand dieser Grafiken können die ein-zelnen Schichten eines Laubblatts im Querschnitt sowie die Zellen, die Lage der Cuticula, des Palisadengewebes, des Schwammgewebes sowie der Spaltöff-nungen erklärt werden.

Chloroplasten (5 Grafiken)Diese Grafiken zeigen den Feinbau eines Chloroplasten – im Ganzen, die Doppel-membran der Hülle sowie Stroma, Gra-num und Thylakoid.

Fotosysteme (Grafik)In dieser Grafik sind die Lage und Unter-scheidung der Fotosysteme I und II in der Thylakoidmembran eines Chloroplasten ersichtlich.

Lichtreaktion (6 Grafiken)Auf diesen Grafiken wird der Ablauf der Lichtreaktion deutlich. Außerdem be-schreibt eine Grafik die Lichtreaktion zusammengefasst.

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Calvin-Zyklus (3 Grafiken)Hier werden die drei Phasen des Calvin-Zyklus vorgestellt: CO2-Fixierung, Reduk-tion und Regeneration.

Dunkelreaktionen (5 Grafiken)Anhand dieser Grafiken werden die Pro-zesse der Dunkelreaktionen veranschau-licht. Überdies beschreibt eine Grafik die Dunkelreaktion zusammengefasst.

Licht- und Dunkelreaktion (2 Grafiken)Mithilfe dieser beiden Grafiken können die Licht- und Dunkelreaktion in Kombi-nation betrachtet werden – auch im Hin-blick auf die Energieverteilung.

Gesamtgleichung der Fotosynthese (Grafik)Diese Grafik zeigt die Gesamtgleichung der Fotosynthese.

Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards

Die Schülerinnen und Schüler • kennen den Aufbau eines Blattes;• lernen, welche Rolle Chloroplasten

bei der Fotosynthese spielen;• wissen, dass Lichtsammelfallen die

Sonnenenergie zu den Fotosystemen weiterleiten;

• lernen die Lichtreaktion kennen;• wissen um die chemischen Abläufe

der Dunkelreaktion;

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• erläutern Stoff- und Energiewechsel-prozesse als grundlegende Lebens-funktion aller Organismen;

• lernen die Gesamtgleichung der Fo-tosynthesereaktion kennen;

• verstehen, dass die Fotosynthese ein Zusammenspiel aus Licht- und Dun-kelreaktion ist;

• erkennen und erklären die Fotosyn-these als Form der autotrophen As-similation;

• können nachvollziehen, welche Be-deutung Elektronentransportketten bei der Fotosynthese haben;

• differenzieren Licht- und Dunkelreak-tionen;

• unterscheiden zwischen der Bedeu-tung von CO2 für die Pflanzen und O2

für die Tiere und Menschen;• können zuordnen, wofür die Pflanze

ATP und NADPH benötigt;• erkennen, dass die Fotosynthese für

das Leben auf der Erde von essenzi-eller Bedeutung ist;

• begründen die Bedeutung der Foto-synthese im Stoff- und Energiewech-selgeschehen und erläutern Faktoren ihrer Beeinflussung;

• verstehen, dass aus Wasser und Koh-lenstoffdioxid mit Hilfe von Lichtener-gie Glucose erzeugt wird.

Didaktische Hinweise

Was für Pflanzen eigentlich nur ein Abfallprodukt ist, ist für den Menschen überlebensnotwendig – der Sauerstoff. Er entsteht bei der Fotosynthese, der Fä-higkeit von Pflanzen mithilfe von Licht-energie Wasser und Kohlenstoffdioxid aufzunehmen, Biomasse daraus zu pro-duzieren und Sauerstoff abzugeben. Die Produktion ist für den Einsatz in der Oberstufe konzipiert. Adressatengerecht aufgearbeitet wurde die Produktion für die Klassenstufe 10 bis 13.

Die Produktion kann im Rahmen der fol-genden Themenschwerpunkte eingesetzt werden:• Definition und Bedeutung der Foto-

synthese• Aufbau von Laubblättern • Chloroplasten als wichtiges Pflanzen-

zellorganell• Fotosysteme I und II mit Lichtsam-

melfallen• Lichtreaktion • Umwandlung von Sonnen- in chemi-

sche Energie• Elektronentransportkette• Dunkelreaktion bzw. Calvin-Zyklus• Gesamtgleichung der Fotosynthese

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Arbeitsblatt

46 / 55 11274 Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Arbeitsblatt 1 – Seite 1/2

Fotosynthese im Überblick

1. Erläutere den Begriff „Fotosynthese“.

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2. Beschrifte die Grafik zur Fotosynthese mit den folgenden Begriffen.

Aufnahme von Kohlenstoffdioxid Aufnahme von Wasser Sonnenenergie Glucose (Traubenzucker) Abgabe von Sauerstoff

C6H12O6 H2O O2 CO2

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Arbeitsmaterial

Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM-Teil ein umfangreiches Angebot an er-gänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen als PDF- und Word-Dateien vor.

Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichts-situation angepasst werden.

Ordner Materialien

Didaktische Hinweise Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, der Grafiken und den ergänzenden Arbeitsmaterialien

Arbeitsblätter(mit Lösungen)

1) Fotosynthese im Überblick2) Der Aufbau eines Blattes3) Licht- und Dunkelreaktion4) Reaktionsgleichung der Fotosynthese5) Sauerstoffproduktion und Wasserverwertung

Grafiken • Aufbau eines Laubblatts (6 Grafiken)• Chloroplasten (5 Grafiken)• Fotosysteme• Lichtreaktion (6 Grafiken)• Calvin-Zyklus (3 Grafiken)• Dunkelreaktionen (5 Grafiken)• Licht- und Dunkelreaktion (2 Grafiken)• Gesamtgleichung der Fotosynthese

Filmtext Filmtext zum Film als PDF-Dokument

Programmstruktur Übersicht über den Aufbau der DVD

Weitere Medien Informationen zu ergänzenden FWU-Medien

Produktionsangaben Produktionsangaben zur DVD und zum Film

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46 11274 Lichtreaktion und Calvin-Zyklus

Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Programmstruktur

Untermenüs Hauptmenü

Lichtreaktion und Calvin-Zyklus

Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Film 17 min

Fotosynthese Sequenzen/Grafik

Chloroplasten Sequenzen/Grafik

Licht- und Dunkelreaktion Sequenzen/Grafiken

Arbeitsmaterial

Fotosynthese

Die Bedeutung der Fotosynthese 1:10 min

Die Gesamtgleichung der Fotosynthese 1:10 min

Fotosynthesegleichung Grafik

Arbeitsmaterial

Didaktische Hinweise

5 Arbeitsblätter

29 Grafiken

Filmtext

Programmstruktur

Weitere Medien

Produktionsangaben

Chloroplasten

Die Chloroplasten als Ort der Fotosynthese 2:20 min

Die Fotosysteme I und II 2:20 min

Fotosysteme in der Thylakoidmembran Grafik

Licht- und Dunkelreaktion

Die Umwandlung der Sonnen- energie in chemische Energie 4:40 min

Lichtreaktion Grafik

Der Calvin-Zyklus 4:00 min

Dunkelreaktion Grafik

Licht- und Dunkelreaktion Grafik

Programmstruktur

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Produktionsangaben Lichtreaktion und Calvin-Zyklus (DVD)

ProduktionFWU Institut für Film und Bild, 2017

DVD-KonzeptSusanne OberleitnerDaniel Schaub

DVD-Authoring und DesignTV Werk GmbHim Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017

GrafikenFWU Institut für Film und Bild

BildnachweisCoverbild: iStock / © Nok_Chaiwut

Arbeitsmaterial Dr. Nina Harsch

BegleitheftSusanne Oberleitner

Pädagogische Referenten im FWUDaniel SchaubSusanne Oberleitner

Produktionsangaben zum Film

„Lichtreaktion und Calvin-Zyklus“

ProduktionWeichelt Film

im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017

BuchDr. Nina Harsch Daniel Schaub

Kamera und MikroskopvideosFabian WeicheltStefan Weichelt

2D & 3D AnimationenStefan Weichelt

SchnittStefan Weichelt

Musikaudeeyah.de

FootagematerialShutterstockvideohive

SprecherAndreas Karg

Didaktische FachberatungDr. Nina Harsch

RedaktionDaniel Schaub

Nur Bildstellen/Medienzentren:öV zulässig

© 2017 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089) 6497-240 E-Mail info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet www.fwu.de

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www.fwu-shop.deBestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444vertrieb@fwu.de

Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial.

Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler› kennen den Aufbau eines Blattes;› lernen, welche Rolle Chloroplasten bei der Fotosynthese spielen;› wissen, dass Lichtsammelfallen die Sonnenenergie zu den Fotosystemen weiterleiten;

› lernen die Lichtreaktion kennen;› wissen um die chemischen Abläufe der Dunkelreaktion;› erläutern Stoff- und Energiewechselprozesse als grundlegende Lebensfunktion aller Organismen;

› lernen die Gesamtgleichung der Fotosynthesereaktion kennen.

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Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Während der Fotosynthese wird Sonnenenergie in chemische Energie umgewandelt. Aber wie funktioniert das genau? Die Produktion erklärt in anschaulichen Animationen, wie zwei der wichtigsten biochemischen Vorgänge unseres Planeten ablaufen: die Licht-reaktion und die Dunkelreaktion, der sogenannte Calvin-Zyklus.

Lehrprogrammgemäß

§ 14 JuSchG

FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gGmbHBavariafilmplatz 3 | 82031 Grünwald | Telefon +49 (0)89-6497-1

Telefax +49 (0)89-6497-240 | info@fwu.de | www.fwu.de

GEMAFREI

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Themen Klasse 10–13

Die Bedeutung der Fotosynthese

Die Chloroplasten als Ort der Fotosynthese

Die Fotosysteme I und II

Die Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie

Der Calvin-Zyklus

Die Gesamtgleichung der Fotosynthese

Laufzeit 17 min

Klasse 10–13

Sprache DE

Film 1

Filmsequenzen 6

Arbeitsblätter 5

Grafiken 29