Zelle - asset.klett.de · Lösungen zu: Markl Biologie Oberstufe ISBN: 978-3-12-150052-9

Zelle Die Makromolekuumlle des Lebens 1

1Loumlsungen zu Markl Biologie OberstufeISBN 978-3-12-150052-9

copy Ernst Klett Verlag GmbH Stuttgart 2018 | wwwklettde | Alle Rechte vorbehalten Von dieser Druckvorlage ist die Vervielfaumlltigung fuumlr den eigenen Unterrichtsgebrauch gestattet Die Kopiergebuumlhren sind abgegolten

Autorinnen und Autoren Karin Grunewald Holger Knerich Ralf KuumlttnerGrafik Andrea Ulrich Descience Luzern

Zelle1 Die Makromolekuumlle des Lebens

13 Die Struktur ermoumlglicht die Funktionen der Proteine

A1 Protein bedeutet vom Wortsinn her so viel wie bdquogrundlegendldquo und bdquovorran-gigldquo Dieser Name ist sehr treffend Begruumlnden Sie die bdquogrundlegendeldquo Bedeutung von ProteinenProteine haben grundlegende Funktionen im Koumlrper da sie wichtige Baustoffe in Zellen sind Als Enzyme bewerkstelligen bestimmte Proteine auszligerdem alle bio-chemischen Reaktionen in Lebewesen

A2 Nennen Sie die vier Strukturebenen von Proteinen Ordnen Sie den Ebenen die fuumlr ihr Zustandekommen wesentlichen chemischen Bindungen und zwischen-molekularen Kraumlfte zuPeptidbindung Wasserstoffbruumlcken Disulfidbruumlcken Ionenbindung hydrophobe Wechselwirkung

Primaumlrstruktur PeptidbindungSekundaumlrstruktur WasserstoffbruumlckenTertiaumlrstruktur Wasserstoffbruumlcken Disulfidbruumlcken Ionenbindung hydrophobe WechselwirkungQuartaumlrstruktur Wasserstoffbruumlcken Disulfidbruumlcken Ionenbindung hydrophobe Wechselwirkung

A3 Benennen Sie die Proteinstruktur in Abb 1 Tragen Sie in Abb 1 die Wasserstoff bruumlcken ein die diese Struktur stabilisierenSekundaumlrstruktur α-Helix

NN

N

N

N

N

N

HH

H

HRH

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H HH

HH

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CC

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A4 Erklaumlren Sie die Bedeutung der Tertiaumlrstruktur von ProteinenDurch die Tertiaumlrstruktur entsteht eine uumlber die Sekundaumlrstruktur hinausgehende raumlumliche Anordnung der Aminosaumlureketten Diese Anordnung kann als aktives Zentrum die biologische Funktion des Proteins bestimmen

A5 Erlaumlutern Sie die Funktion der Chaperone mithilfe der Abb 2 und des TextesChaperone sind Proteine die andere Proteinmolekuumlle falten Dadurch erhalten die gefalteten Proteine eine andere Tertiaumlrstruktur als ohne die Umwandlung durch die Chaperone So koumlnnen sie biologisch wirksam werden z B faltet das Chape-ronmolekuumll in Abb 2 eine Aminosaumlurekette so dass anschlieszligend Zuckermolekuumlle am Protein gebunden und gespalten werden koumlnnen



Autorinnen und Autoren Karin Grunewald Holger Knerich Ralf Kuumlttner


14 Kohlenhydrate haben aumlhnliche Strukturen und verschiedene Funktionen

A1 Nennen Sie je ein Mono- ein Di- und ein Polysaccharid und geben Sie des-sen Bedeutung fuumlr Lebewesen an Ordnen Sie jeweils die Begriffe Baustoff bzw Betriebsstoff zu z BMonosaccharid Glucose OthinspProdukt der Fotosynthese Energielieferant OthinspBetriebs-stoffDisaccharid Saccharose OthinspEnergielieferant OthinspBetriebsstoffPolysaccharid Chitin OthinspHauptbestandteil von Insektenpanzern OthinspBaustoff

A2 Kohlenhydrat-Molekuumlle koumlnnen vielgestaltig sein Vergleichen Sie die Mo-nosaccharid-Molekuumlle in Abb 1 Markieren Sie die Gemeinsamkeiten An diesen Merkmalen koumlnnen Sie die meisten Kohlenhydrat-Molekuumlle erkennen Beschrei-ben Sie kurz die markierten Merkmale Die abgebildeten Kohlenhydrat-Molekuumlle sind alle ringfoumlrmig Der Ring enthaumllt neben Kohlenstoff- auch ein Sauerstoffatom An den meisten C-Atomen binden H-Atome und OH-Gruppen

A3 Die widerstandsfaumlhige Zellwand von Bakterien besteht aus komplexen Makromolekuumllen dem Murein Beschreiben Sie den Aufbau der Bakterienzellwand mithilfe der Abb 2Murein-Molekuumlle bilden netzartige Strukturen Lange Faumlden von Polysaccharid- Molekuumllen werden durch kurze Ketten von Aminosaumluren verbunden Jeder fuumlnfte Baustein traumlgt eine Kette von vier Aminosaumluren Zwischen den Aminosaumluren Lysin (Lys) und Alanin (Ala) benachbarter Polysaccharid-Molekuumlle besteht eine chemi-sche Bindung die fuumlr den Zusammenhalt der beiden Polysaccharid-Molekuumlle sorgt

15 In der DNA sind Informationen gespeichert

A1 Die Bestandteile eines DNA-Molekuumlls sind in Abb 1 unterschiedlich gefaumlrbt Ordnen Sie die Farben den Bestandteilen so genau wie moumlglich zu grau ndash Desoxyribose hellblau ndash Phosphatrest dunkelblau gruumln ndash organisches Basenpaar z B Adenin Thymin rot gelb ndash organisches Basenpaar z B Guanin Cytosin

A2 Im Brief an seinen Sohn verwendet Crick die Worte bdquoCodeldquo und bdquogrundle-genden Kopiermechanismusldquo Erklaumlren Sie was er damit gemeint hat Die Abfolge der organischen Basen im DNA-Molekuumll kann als bdquoCodeldquo bezeichnet werden Die Beobachtung dass im DNA-Molekuumll Adenin nur mit Thymin und Gua-nin nur mit Cytosin gepaart werden kann als bdquogrundlegender Kopiermechanismusldquo bezeichnet werden

A3 Werden DNA-Molekuumlle erhitzt spaltet sich der Doppelstrang zwischen den organischen Basen in zwei Einzelstraumlnge Diese Aufspaltung von DNA-Molekuumllen in Einzelstraumlnge ist die Grundlage einiger wichtiger Verfahren der modernen Gentechnik Die Temperatur bei der sich die Haumllfte der DNA-Molekuumlle einer Probe von einem Organismus in Einzelstraumlnge getrennt hat wird etwas irrefuumlhrend als bdquoSchmelzpunktldquo dieser DNA bezeichnet DNA-Molekuumlle mit einem niedrigen Gehalt an Adenin und Thymin haben einen houmlheren bdquoSchmelzpunktldquo als DNA-Molekuumlle mit einem hohen Gehalt der beiden Basen Begruumlnden Sie das Zum Spalten der DNA muumlssen die Wasserstoffbruumlcken zwischen den organischen Basenpaaren A-T und C-G getrennt werden Dafuumlr ist Energie notwendigZwischen A und T existieren nur zwei Wasserstoffbruumlcken zwischen G und C aber drei Das bedeutet dass DNA mit einem hohen Anteil des Basenpaares G-C und damit einem geringeren Anteil A-T einen houmlheren bdquoSchmelzpunktldquo hat weil mehr Wasserstoffbruumlcken aufgespalten werden muumlssen





A4 Abb 2 zeigt die bdquoSchmelzkurveldquo der DNA von zwei Bakterienarten Werten Sie das Diagramm aus Erklaumlren Sie die unterschiedlichen Kurvenverlaumlufe auf molekularer EbeneDas Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem Anteil der DNA von zwei Bakterienarten der in Einzelstraumlnge aufgespalten ist Fuumlr beide Kurven gilt Bei 75 degC sind weniger als 10 der DNA in Einzelstraumlnge gespalten Ab 90 degC steigt der Anteil getrennter DNA-Molekuumlle stark an Bei 110 degC sind uumlber 80 der DNA-Straumlnge getrennt Die DNA von Pneumococcus spaltet bereits bei niedrigeren Temperaturen (95 degC ndash 50 ) als die DNA von E coli (95 degC ndash 20 ) Pneumococcus-DNA ist bei 115 degC fast vollstaumlndig aufgetrennt E coli-DNA nur zu 85 Aus den Daten ist abzuleiten dass E coli-DNA stabiler als Pneumococcus-DNA ist Beim bdquoSchmelzenldquo der DNA sind die Wasserstoffbruumlcken zwischen den gegenuumlberliegenden organischen Basen zu spalten Das ist bei E coli-DNA schwieriger da diese DNA einen groumlszligeren Anteil an G-C-Basenpaaren enthaumllt mdash mit jeweils drei Wasserbruumlcken pro Basen-paar Pneumococcus-DNA ist reicher an A-T-Paaren Hier muumlssen jeweils nur zwei Wasserstoffbruumlcken pro Basenpaar getrennt werden

16 Fette isolieren und speichern Energie

A1 Belegen Sie die im Einleitungstext genannten Funktionen der Fette mithilfe der Informationen in Abb 3 und 4Fette sind effektive Energiespeicher Fett speichert mehr als das Doppelte an Ener-gie als gleiche Massen Kohlenhydrate oder ProteineFett wirkt isolierend Fett hat eine ca 5-mal geringere Waumlrmeleitfaumlhigkeit als durchblutete Haut Es behindert also den Waumlrmeaustausch zwischen dem Koumlrper und z B Wasser

A2 Ordnen Sie die Begriffe Glycerinrest gesaumlttigte Fettsaumlure und ungesaumlttigte Fettsaumlure dem Fettmolekuumll in Abb 5 zu

A3 Die in Abb 5 gezeigten Fettmolekuumlle kommen zu groszligen Teilen im festen Rindertalg (Fettmolekuumll a) und im Pflanzenoumll (Fettmolekuumll b) vor Begruumlnden Sie die unterschiedlichen Aggregatzustaumlnde der beiden FetteFettmolekuumll a (fest) In den Fettsaumluremolekuumllen finden sich nur gesaumlttigte Fett-saumluren deren Molekuumlle nicht geknickt sind Die Fettmolekuumlle liegen also nahe beieinander und ziehen sich staumlrker an (= starke hydrophobe Wechselwirkung)Fettmolekuumll b (fluumlssig) Im Fettsaumluremolekuumll finden sich neben gesaumlttigten Fett-saumluren auch ungesaumlttigte Fettsaumluren deren Molekuumlle an den Doppelbindungen

Glycerinrest

gesaumlttigte Fettsaumlure

ungesaumlttigte Fettsaumlureungesaumlttigte Fettsaumlure

CH2

C

O

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CH2

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H2CCH2

H2CCH2

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H2CCH2

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geknickt sind Die Fettmolekuumlle liegen nicht so nahe beieinander und die Anzie-hung ist schwaumlcher (= geringere hydrophobe Wechselwirkung)

A4 Fette sind hydrophob Erklaumlren Sie den Begriff und begruumlnden Sie diese Eigenschaft am Bau des MolekuumllsHydrophob bedeutet wasserabweisend Fettmolekuumlle treten also kaum mit Wassermolekuumllen in Wechselwirkung Wasser ist ein Dipol es traumlgt positive und negative Teilladungen im Molekuumll Mit Wasser koumlnnen nur Teilchen gut wechsel-wirken die selbst Dipole sind oder geladen sind wie Ionen Fettmolekuumlle haben diese Eigenschaften nicht da sie fast ausschlieszliglich aus unpolaren Atomgruppen aufgebaut sind Hinweis Nur die COO-Gruppe zwischen dem Glycerinrest und den Fettsaumlure - resten ist polar Das faumlllt aber im Vergleich zu den langen hydrophoben Fettsaumlure-resten nicht ins Gewicht




Zelle Die Zelle mdash Grundeinheit des Lebens 2

2 Die Zelle mdash Grundeinheit des Lebens

21 Genaues Beobachten hilft beim Lernen

A1 Stellen Sie ein Frischpraumlparat (z B vom Zwiebelhaumlutchen) her oder arbei-ten Sie mit einem bereitgestellten Dauerpraumlparat Fertigen Sie eine beschriftete mikroskopische Zeichnung von zwei bis drei Zellen aus dem Ihnen vorliegenden Praumlparat anIndividuelle Loumlsung je nach Praumlparat (als Vorlage siehe Abb 2 auf S 8)

22 Zellorganellen ermoumlglichen den Stoffwechsel

A1 Fertigen Sie eine beschriftete schematische Zeichnung von einem Aus-schnitt aus der Leberzelle in Abb 1 an Individuelle Loumlsung

A2 Erlaumlutern Sie das Prinzip der Kompartimentierung am Beispiel einer

Leberzelle Kompartimentierung ist die Aufteilung eines Raumes in Teilraumlume mit verschiede-nen Funktionen In Zellen existieren von Biomembranen umschlossene Bereiche (Organellen) die verschiedene Funktionen erfuumlllen Kompartimente der Leber-zelle sind z B der Zellkern (beherbergt die DNA Herstellung ribosomaler RNA) Mitochondrien (Energiebereitstellung) oder das endoplasmatische Retikulum (Herstellung von Proteinen)

A3 Leberzellen haben verhaumlltnismaumlszligig viele Mitochondrien Erklaumlren Sie das In den Mitochondrien wird Energie fuumlr die Zelle bereitgestellt Da Leberzellen sehr stoffwechselaktiv sind (Abbau von Substanzen Speicherung von Naumlhrstoffen u a) brauchen sie viel Energie Eine Leberzelle kann ihren Energiebedarf also nur decken wenn sie viele Mitochondrien besitzt

A4 Am Bau der Leber und der Leberzellen wird deutlich dass bestimmte Struk-turen bestimmte Funktionen ermoumlglichen Erlaumlutern Sie das auf der Ebene des Organs Leber und der Ebene der Zellorganellen der LeberzellenDas Organ Leber besteht u a aus Leberzellen die schwammartig angeordnet sind In den vorhandenen Hohlraumlumen befinden sich Kapillaren (Struktur) Dadurch entsteht eine groszlige Oberflaumlche mit der ein gesteigerter Stoffaustausch zwischen Leberzellen und Blut moumlglich ist (Funktion)Leberzellen haben Zellkerne (Struktur) In ihnen ist die DNA gespeichert (Funk-tion) Das endoplasmatische Retikulum ist stark gefaltet (Struktur) Es steht also viel Flaumlche fuumlr die Produktion von Proteinen zur Verfuumlgung (Funktion)

23 Der Zellkern enthaumllt die Erbinformation des gesamten Organismus

A1 Benennen Sie die Strukturen a ndash e des Zellkerns in Abb 1 und geben Sie deren Funktionen an a Nucleolus Herstellung ribosomaler RNSb Kernpore Stoffaustausch zwischen Kern und Cytoplasmac Kernhuumllle Abgrenzung des Zellkerns vom Cytoplasma d Heterochromatin Speicherung der Erbinformation (inaktiv)e Euchromatin Speicherung der Erbinformation (aktiv)





A2 Zeichnen Sie eine Pflanzenzelle mit den wichtigsten elektronenmikrosko-pisch sichtbaren Zellbestandteilen um den Zellkern in Abb 1 Beachten Sie dabei die Groumlszligenverhaumlltnisse Individuelle Loumlsung sichtbar koumlnnen z B sein Zellwand Zellmembran Vakuole Mitochondrien Endoplasmatisches Retikulum Ribosomen Golgi-Apparat Chloro-plasten

A3 Vergleichen Sie die Zellen in Abb 3 die aus dem Meristem durch Zellteilung entstanden sind

Zelle Laubblatt Zelle Sprossachse Wurzelhaarzelle

Zellform oval sechseckig quaderfoumlrmig mit Aus-stuumllpung

Zellwand vorhanden vorhandensehr dickmit Kanaumllen

vorhanden

Cytoplasma vorhanden vorhanden vorhanden

Zellkern vorhanden fehlt vorhanden

Vakuolen vorhanden fehlen vorhanden

Chloroplasten vorhanden fehlen fehlen

A4 Finden Sie eine moumlgliche Erklaumlrung fuumlr die Entstehung unterschiedlicher Zellen Alle Zellkerne der Meristemzellen enthalten die gleiche vollstaumlndige Erbinfor-mation der Pflanze und haben den gleichen Bau Zur Bildung dieser verschieden-artigen Zellen kann es kommen wenn in den Zellen nur ein bestimmter Teil der Erbinformation abgelesen und umgesetzt wird Die anderen Informationen sind vorhanden aber nicht aktiv

25 Molekuumlle markieren das Ziel von Vesikeltransporten

A1 Beschreiben Sie den Weg eines Proteins von seiner Entstehung bis zur Aus-schleusung aus der Zelle mithilfe der Abb 1 Das Protein wird durch Ribosomen am rauen ER synthetisiert und in Vesikel ver-packt Diese gelangen zur Empfangsseite des Golgi-Apparats und verschmelzen mit einem Dictyosom Das Protein ist nun im Inneren des Golgi-Apparats Hier koumln-nen Proteine veraumlndert sortiert und wieder zum Transport in Vesikel verpackt wer-den Diese Transportvesikel verschmelzen mit der Zellmembran und die Proteine gelangen aus der Zelle

A2 Erlaumlutern Sie das Forschungsergebnis der drei Nobelpreistraumlger mithilfe der Abb 1 Vesikel besitzen in ihrer Membran Molekuumlle die genau an Molekuumlle der Zellmem-bran passen (Schluumlssel-Schloss-Prinzip) Bei der Annaumlherung der Vesikel an die Zellmembran treten diese Molekuumlle in Kontakt Im Zwischenraum oumlffnen sich die Zellmembran und die Vesikelmembran Beide Membranen verschmelzen Die Mo-lekuumlle in der Vesikelmembran werden kurz vor der Verschmelzung durch andere Molekuumlle in ihrer Form so veraumlndert dass sie mit den Molekuumllen der Zellmembran wechselwirken koumlnnen

A3 Ein Medikament soll verhindern dass eine Druumlsenzelle zu viel Sekret abgibt Geben Sie Moumlglichkeiten an wie ein Medikament die Ausschuumlttung der Vesikel bremsen koumlnnte Ein Wirkstoff koumlnnte sich an die Molekuumlle der Zellmembran oder des Vesikels so anlagern dass die passende Andockstelle blockiert ist Ein anderer Wirkstoff koumlnnte die bdquoHilfsmolekuumlleldquo am Vesikel so beintraumlchtigen





dass die Andock-Molekuumlle des Vesikels sich nicht abwinkeln und an die Zellmem-bran binden koumlnnen

A4 Stellen Sie eine Hypothese auf weshalb ein Vesikel nicht mit einem Mitochondrium verschmilztEs gibt keine Molekuumlle in den Membranen die miteinander in Wechselwirkung treten koumlnnen

27 Chromosomen ermoumlglichen die Verteilung der Erbinformation

A1 Benennen Sie die Teile des Chromosoms in Abb 1 und geben Sie deren Funktionen an a Chromatid eines Zwei-Chromatid-Chromosoms Traumlger der Erbinformation b Spindelfaser (Mikrotubuli) Damit werden die Chromatiden an die Zellpole ge-zogen c Centromer Kontaktzone der Schwesterchromatiden und Ansatzstelle der Spindelfasern

A2 Begruumlnden Sie dass ein Chromosom vor jeder Zellteilung aus zwei Chroma-tiden mit der gleichen Erbinformation bestehen muss Bei einer Zellteilung entstehen zwei genetisch identische Tochterzellen die die gesamte Erbinformation der Mutterzelle enthalten Das funktioniert nur wenn auf jedem Chromatid des in der Anaphase geteilten Zwei-Chromatid-Chromosoms die gleiche vollstaumlndige Erbinformation der Mutterzelle vorhanden ist

A3 Chromosomen koumlnnen ihre Gestalt wandeln Sie koumlnnen kurz und kompakt sein (OthinspAbb 2 a) oder lang und fadenfoumlrmig (OthinspAbb 2 c) Erklaumlren Sie den Zusam-menhang von Struktur und Funktion an diesem Beispiel In den kurzen kompakten Chromosomen ist die Erbinformation dicht gepackt und kann so leicht in der Zelle bewegt und transportiert werden z B in der AnaphaseIn langen fadenfoumlrmigen Chromosomen ist die DNA zugaumlnglich und kann von Enzymen abgelesen werden Der Zellkern steuert den Stoffwechsel kann sich aber nicht teilen

A4 Ordnen Sie die Chromosomen in Abb 2 a ndash c je einem Abschnitt der Zell-teilung zu a Anaphase b Prophase c nach der Cytokinese oder vor der Prophase

A5 In Abb 3 sehen Sie einen bdquoSchnappschussldquo einer Mitosephase von einem Fluoreszenz-Mikroskop a Geben Sie die Fachbegriffe fuumlr die rot und gruumln fluoreszierenden Strukturen an b Beschreiben Sie die Vorgaumlnge waumlhrend dieser Phase a rot Ein-Chromatid-Chromosomen gruumln Spindelapparat b Das Bild zeigt das Ergebnis der Anaphase Die in der Aumlquatorialplatte liegenden Zwei-Chromatid-Chromosomen werden durch die Spindelfasern mit den Polen der Zellen verbunden Durch eine Verkuumlrzung der Spindeln werden die Zwei-Chromatid- Chromosomen zu Ein-Chromatid-Chromosomen getrennt und zu den Zellpolen bewegt

A6 Abb 4 zeigt die Chromosomen einer menschlichen Zelle in der Metaphase Um fuumlr solche Aufnahmen moumlglichst viele Zellen zur Verfuumlgung zu haben geben Forscher Colchicin zu Zellen die sich gerade teilen Eine Kernteilung uumlber die Metaphase hinaus kann dann nicht mehr beobachtet werden Stellen Sie eine Vermutung an wie Colchicin wirken koumlnnte




Foto Science Photo Library (Menge amp WurtzBiozentrumUniversitiy of Basel) Muumlnchen

Colchicin verhindert dass die Zwei-Chromatid-Chromosomen aufgetrennt und die Ein-Chromatid-Chromosomen zu den Polen gezogen werden Es koumlnnte also die dafuumlr zustaumlndige Struktur den Spindelapparat beeintraumlchtigen oder uumlberhaupt die Bildung von Spindelfasern verhindern

28 Bakterien sind klein und vermehren sich schnell

A1 Die Interpretation von elektronenmikroskopischen Bildern ist oft schwierig Benennen Sie die in Abb 2 gezeigten Strukturen innerhalb einer Bakterienzelle Die Abbildungen im Schuumllerbuch (OthinspS 48 Abb 1 und 2) helfen Ihnen dabei

A2 Vergleichen Sie die Teilung einer Bakterienzelle (OthinspAbb 3) mit der Mitose einer eukaryotischen Zelle

Eukaryotische Zelle Bakterienzelle

genetisch identische Tochterzellen entstehen

DNA wird verdoppelt

Chromosomen X- oder staumlbchenfoumlrmig Chromosomen ringfoumlrmig

Spindelapparat kein Spindelapparat

DNA verdoppelt sich nach der Zellteilung DNA verdoppelt sich vor der Zellteilung

Wachstum der Tochterzellen nach der Teilung Wachstum der Mutterzelle vor der Teilung

Zellteilung durch Bildung einer neuen Membran am Aumlquator (Pflanzenzelle) oder durch Einschnuumlrung (Tierzelle)

Zellteilung durch Einschnuumlrung

A3 Berechnen Sie die Zeit die notwendig ist damit eine Bakterienkolonie wie in Abb 1 aus einem Bakterium durch Teilung entstehen kann Diese Kolonie hat einen Durchmesser von 5 mm und eine Houmlhe von 02 mm Gehen Sie dabei von ide-alen Wachstumsbedingungen aus Dabei teilen sich Bakterien alle 20 min Nehmen Sie ein Bakterienvolumen von 1 μmsup3 an geg d (Kolonie) = 5 mm = 5000 μm

h (Kolonie) = 02 mm = 200 μm V (Bakterie) = 1 μm3

t (Teilung) = 20 min

ges T (K) Zeit bis zur Bildung der Kolonie

LoumlsungV (Kolonie) = A sdot h = π _ 4 d 2 h V (Kolonie) = 19 625 000 μm2 sdot 200 μm = 3 925 000 000 μm3

Da ein Bakterium ein Volumen von 1 μm3 hat bilden 3 925 000 000 Bakterien eine Kolonie

Anzahl der Bakterienteilungen K Nach der 1 Teilung (= K) entstehen 2 Bakterien (= B) nach der 2 Teilung 4 nach der 3 Teilung 8 usw

Chromosom

Zellwand zwischen zwei Membranen

Cytoplasma mit Ribosomen RNA und Proteinen




Zelle Biomembranen und Transportvorgaumlnge 2

K = lg2 BK = lg2 3 925 000 000 K = 3187 32 Zellteilungen sind noumltig

T = 32 sdot t (Teilung) = 32 sdot 20 min = 640 minNach 10 h und 40 min ist das Volumen der Zellkolonie durch Zellteilung von einer Bakterie ausgehend entstandenHinweis Dabei wird vernachlaumlssigt dass zwischen den Bakterien Zwischenraumlume liegen

A4 Das Wachstum von Bakterienkolonien erfolgt oft langsamer als in Aufgabe 3 berechnet Nennen Sie moumlgliche Ursachen dafuumlr Die Bakterien teilen sich nur bei optimalen Bedingungen nach 20 min Es gibt auch kein unbegrenztes Nahrungsangebot Zwischen den Bakterien kommt es daher zu Konkurrenz Auszligerdem koumlnnen von den Bakterien ausgeschiedene Stoffe das Wachstum hemmen oder die Bakterien sogar vergiften





3 Biomembranen und Transportvorgaumlnge

31 Eigenschaften von Biomembranen koumlnnen uumlberpruumlft werden

A1 Beschreiben Sie die Versuche von Frye amp Edidin in Abb 2 An Maumlusezellen werden uumlber die Oberflaumlchenmolekuumlle der Membranen rot flu-oreszierende Farbstoffmolekuumlle gebunden an menschliche Zellen werden gruumln fluoreszierende Farbstoffmolekuumlle gebunden Die Membranen von Mauszellen und menschlichen Zellen werden miteinander verschmolzen (fusioniert) Unmittelbar nach der Zellfusion befanden sich rot fluoreszierende Membran der Mauszellen und gruumln fluoreszierende Membran der menschlichen Zellen in abgegrenzten Bereichen Nach der Inkubation bei 37 degC fuumlr 40 min lieszlig sich eine Durchmischung der verschiedenen Membranbereiche feststellen

A2 Erklaumlren Sie welche Eigenschaften der Biomembran mit den Versuchen von Frye amp Edidin belegt werden konntenDas Modell der bdquoFluumlssig-Mosaik-Membranldquo geht von einer seitlichen Beweglichkeit der Lipidmolekuumlle innerhalb von Membranen aus Die Durchmischung der unter-schiedlich markierten Membranen in den Versuchen von Frye amp Edidin belegt dass die Membranlipide und Proteine nicht fest an einer Stelle verharren sondern ihre Position aumlndern koumlnnen Hinweis Das ist weiterhin ein Beleg dafuumlr dass die Membranen verschiedener Organismen prinzipiell den gleichen Aufbau haben

A3 Cholesterin ist Bestandteil von Biomembranen und erhoumlht deren Beweg-lichkeit Begruumlnden Sie das anhand von Abb 3Cholesterin hat einen kleinen polaren und eine groszligen unpolaren Molekuumllteil Der starre unpolare Teil ist in den hydrophoben Bereich der Membran integriert Bei steigenden Temperaturen nimmt die Beweglichkeit der Membranlipide zu die Membran wird fluumlssiger Der starre Molekuumllteil des Cholesterins reduziert die Beweg lichkeit der Lipide und sorgt fuumlr eine Verfestigung der Membran Bei nied-rigen Temperaturen nimmt die Beweglichkeit der Membranlipide ab Der starre unpolare Molekuumllteil des Cholesterins sorgt hier fuumlr mehr Platz zwischen den Lipidmolekuumllen und erhoumlht so die Fluiditaumlt der Membran

32 Proteine und Kohlenhydrate machen Zellen von auszligen erkennbar

A1 Erklaumlren Sie warum die Schweinegrippe-Viren keine menschlichen Zellen befallenMenschliche Zellen und Schweinezellen haben unterschiedliche Oberflaumlchen-strukturen (Rezeptoren) auf der Membranauszligenseite Daher koumlnnen Schweine-grippe-Viren nur spezifisch an die Zellen von Schweinen binden nicht aber an menschliche Zellen Die Viren sind nicht der passende Schluumlssel zum Schloss

A2 In Schulbuumlchern werden Mechanismen der Zellerkennung oft vereinfacht bzw schematisch dargestellt Begruumlnden Sie das Die Zellerkennung beruht auf bestimmten Oberflaumlchenstrukturen die aus Protei-nen und Kohlenhydraten bestehen die auf vielfaumlltige Weise miteinander verknuumlpft sind Die groszlige Anzahl verschiedener Zuckermolekuumlle und deren Kombination mit Proteinen fuumlhren zu einer enormen Vielfalt unterschiedlicher Molekuumlle Die Formeln sind sehr komplex Daher wird zur besseren Vorstellung auf vereinfachte schematische Darstellungen zuruumlckgegriffen





33 Sauerstoff diffundiert bei der Atmung durch eine Biomembran

A1 In den Alveolen ist die Sauerstoffkonzentration dreimal houmlher als im ve-noumlsen Blut Kennzeichnen Sie im vergroumlszligerten Ausschnitt der Abb 1 die Orte mit hohem bzw geringem Vorkommen an SauerstoffHohe Sauerstoffkonzentration im Cytosol der AlveoleNiedrige Sauerstoffkonzentration im Blutgefaumlszlig

A2 Erklaumlren Sie die Triebkraumlfte fuumlr den Transportvorgang und geben Sie die beiden Bedingungen an die dazu erfuumlllt sein muumlssenTriebkraft ist die Diffusion der Stoffaustausch vom Ort der houmlheren Konzentra tion zum Ort der niedrigeren Konzentration Da die Sauerstoffkonzentration in den Alveolen houmlher ist als im Blutgefaumlszlig diffundieren die Sauerstoffmolekuumlle aus den Alveolarzellen zu den Blutgefaumlszligen durch die Membranen der Zellen Die Diffusion durch die Zellmembranen ist moumlglich da Sauerstoff ein sehr kleines und unpolares Molekuumll ist das aufgrund dieser Eigenschaften die hydrophobe Membran durch-dringen kann

A3 Erklaumlren Sie warum trotz staumlndigen Stoffaustauschs kein Ausgleich der Konzentrationen der Gase zwischen den Alveolen und dem Blutgefaumlszlig erfolgtIst Sauerstoff aus den Alveolen in die Blutgefaumlszlige diffundiert so wird er in den Roten Blutzellen gebunden und durch die Stroumlmung des Blutes durch die Gefaumlszlige zu den verschiedenen Koumlrperteilen transportiert Daher sinkt dort die Sauerstoff-konzentration und es koumlnnen sofort weitere Sauerstoffmolekuumlle in die Blutgefaumlszlige diffundieren Durch die Atmung wird die Sauerstoffkonzentration in den Alveolen hoch gehalten

34 Durch Osmose koumlnnen Zellen Wasser aufnehmen oder abgeben

A1 Entscheiden Sie in welcher der Abbildungen 1 a und c eine Zelle isotonisch hypertonisch bzw hypotonisch bezuumlglich des Auszligenmediums ist wenn Sie davon ausgehen dass b isotonisch ist Ordnen Sie die Begriffe den Abbildungen zu Kenn-zeichnen Sie in der Abb 1 a ndash c jeweils die Orte hoher bzw niedriger Ionenkonzent-ration1a hypotonisch 1 b isotonisch 1 c hypertonisch bezuumlglich zum Auszligenmedium1 a innen niedrigere Ionenkonzentration als auszligen1 b gleiche Ionenkonzentration innen und auszligen1 c innen houmlhere Ionenkonzentration als auszligen

A2 Formulieren Sie zunaumlchst eine Hypothese wie sich die Kartoffelzylinder in der oben beschrieben Versuchsreihe veraumlndern werden Werten Sie anschlieszligend die Ergebnisse in Abb 2 aus und geben Sie den Versuchsansatz an bei dem das Auszligenmedium isotonisch zum Kartoffelzylinder ist Pruumlfen Sie danach ob die Ergebnisse mit Ihrer Hypothese uumlbereinstimmen Hypothese Die Ionenkonzentration des Auszligenmediums beeinflusst die Laumlnge der KartoffelzylinderDas Diagramm zeigt die Abhaumlngigkeit der Laumlnge der Kartoffelzylinder von der Konzentration der Kochsalzloumlsung Es ist deutlich zu erkennen dass die Laumlnge der Kartoffelzylinder von der Kochsalzkonzentration im Auszligenmedium abhaumlngt Je houmlher die Kochsalzkonzentration desto kuumlrzer die Zylinder Die Werte schwanken zwischen 445 cm in destilliertem Wasser und 345 cm in der 15-molaren Kochsalz-loumlsung Bei einer Kochsalzkonzentration von 09 mol l hat sich die Laumlnge der Kartoffel-zylinder nicht veraumlndert Das bedeutet dass bei dieser Konzentration ein Gleich-gewicht der osmotischen Verhaumlltnisse vorliegt Das Auszligenmedium enthaumllt also genauso viele osmotisch wirksame Teilchen pro Volumeneinheit wie das Cytoplas-





ma und daher ist auch die Wasserkonzentration gleich Es findet keine sichtbare Diffusion von Wasser statt Bei einer Konzentration lt 09 mol l ist die Salzloumlsung hypoton gegenuumlber den Kartoffelzellen enthaumllt also weniger geloumlste Teilchen pro Volumeneinheit Da die Wasserkonzentration in einer hypotonen Loumlsung groumlszliger ist als in den Kartoffel-zellen diffundiert Wasser in die Zellen hinein Diese nehmen dadurch an Volumen zu und der Kartoffelzylinder wird laumlnger Bei Konzentrationen von gt 09 mol l ist die Salzloumlsung hyperton gegenuumlber den Kartoffelzellen also diffundiert Wasser aus den Kartoffelzellen in die Salzloumlsung Die Kartoffelzellen werden dadurch kleiner und die Kartoffelzylinder schrumpfenDie Ergebnisse des Versuchs bestaumltigen die Hypothese

35 Kanal- und Transportproteine erleichtern die Diffusion durch Membranen

A1 Beschreiben Sie anhand von Abb 1 den Aufbau einer Biomembran nach dem Fluid-Mosaik-Modell Eine Biomembran besteht aus Membran-Lipiden Diese Lipide bestehen aus einer hydrophilen Kopfgruppe und einem bdquoSchwanzldquo aus hydrophoben Fettsaumlureresten Die Membran-Lipide lagern sich in einer Biomembran als Doppelschicht zusam-men Dabei zeigen die hydrophoben Fettsaumlurereste ins Innere der Membran waumlhrend die hydrophilen Kopfgruppen die Doppelschicht nach auszligen abgrenzen In die Biomembran sind verschiedene Membranproteine eingelagert Die Mem-bran stellt quasi ein Mosaik aus Membranlipiden und Membranproteinen dar Die Molekuumlle der Membran sind dabei nicht fest verankert sondern koumlnnen innerhalb der Membran gegeneinander verschoben werden

A2 Erlaumlutern Sie welche Fakten der Modellvorstellung der Diffusion von Was-ser durch eine biologische Membran widersprechen Wasser ist ein Dipol-Molekuumll Aufgrund der geringen Molekuumllgroumlszlige kann Wasser zwar durch die Membran diffundieren allerdings nur selten und mit geringer Geschwindigkeit Das polare Molekuumll kann die hydrophobe Schicht im Inneren der Doppelmembran nicht durchdringen

A3 Erlaumlutern Sie warum Wasserstoffbruumlcken fuumlr den selektiven Wassertrans-port durch ein Aquaporinmolekuumll von entscheidender Bedeutung istWasserstoffbruumlcken werden von allen Wassermolekuumllen untereinander gebildet In der Engstelle des Aquaporinmolekuumlls sind zwei positiv geladene Aminosaumluren in einer bestimmten Position verankert Diese positiven Ladungen gehen kurzzei-tige Wechselwirkungen mit den negativen Teilladungen des Wassermolekuumlls ein Dadurch werden die Wassersstoffbruumlcken zwischen den Wassermolekuumllen kurz-zeitig aufgeloumlst und das Wassermolekuumll kann die Engstelle passieren Wasser selbst ist ein guter Protonenleiter sodass die positive Ladung des Protons quasi von einem Wassermolekuumll zum naumlchsten bdquospringtldquo Protonen koumlnnen durch die Aquaporine jedoch nicht transportiert werden Sie koumlnnen nicht mit den posi-tiv geladenen Aminosaumluren in Wechselwirkung treten da sie von einer Hydrathuumllle umgeben sind Die Bildung und Loumlsung der Wasserstoffbruumlcken zwischen Wasser und den positiv geladenen Aminosaumluren erfordert wesentlich weniger Energie als bei Protonen





36 Der Transport gegen ein Konzentrationsgefaumllle kostet Energie

A1 Erklaumlren Sie den Begriff bdquoaktiver TransportldquoUnter aktivem Transport versteht man den Transport von Substanzen durch eine biologische Membran entgegen einem Konzentrationsgefaumllle Hierfuumlr muss Ener-gie aufgewendet werden

A2 Vergleichen Sie den Nitrat-Carrier (OthinspAbb 2 auf S 63 im Schuumllerbuch) mit dem oben beschriebenen ProteorhodopsinBeim Nitrat-Carrier handelt es sich um einen sekundaumlr aktiven Transport Unter ATP-Verbrauch werden Protonen aus dem Zellinnenraum nach auszligen transpor-tiert und so ein Protonengradient aufgebaut Die Protonen stroumlmen entlang des Konzentrationsgradienten uumlber den Nitrat-Carrier zuruumlck in die Zelle und transpor-tieren dabei im Symport ein Nitrat-Ion von auszligen in die ZelleFuumlr diesen aktiven Transportprozess wird ATP als Energielieferant benoumltigt Bei den Transportprozessen in der Bakterienmembran werden mithilfe des Pro-teins Proteorhodopsin Protonen entgegen dem Konzentrationsgefaumllle aus dem Zellinneren nach auszligen transportiert Fuumlr diesen aktiven Transportprozess ist Sonnenlicht noumltig das die noumltige Energie liefert und von den Bestandteilen des Proteorhodopsins absorbiert werden kann Es handelt sich um eine lichtgetrie-bene Protonenpumpe Anschlieszligend stroumlmen die Protonen dem Konzentrations-gefaumllle folgend durch das Enzym ATPase zuruumlck in das Zellinnere wodurch ATP synthetisiert wird

A3 Eine Bakterienkultur wird fuumlr a eine Stunde mit Licht bestrahlt b anschlieszligend fuumlr zwei Stunden in der Dunkelheit gehalten c und anschlieszligend wieder beleuchtet Ergaumlnzen Sie in Abb 2 wie sich die ATP-Produktion bei b) und c) entwickeln wird und erlaumlutern Sie Ihre Ergaumlnzungen

1 3 42

ATP

-Pro

duk

tion

Zeit (h)

37 Osmose wird durch Membrantransport reguliert

A1 Die Abb 2 zeigt das Ergebnis eines Umsetzungsexperiments mit einer Strandkrabbe Stellen Sie eine begruumlndete Hypothese auf wie sich die Harnpro-duktion aumlndert wenn das Tier wieder in reines Meerwasser gesetzt wird Wenn die Krabbe sich in reinem Meerwasser befindet wird kein Harn produziert Wenn die Salzkonzentration im Meerwasser houmlher ist als in den Zellen der Krab-be stroumlmt Wasser durch die Zellmembranen nach auszligen Um die Wasserverluste gering zu halten wird kein Harn gebildet und ausgeschiedenWird die Strandkrabbe vom Meerwasser in Wasser mit geringerem Salzgehalt um-gesetzt ist die Ionenkonzentration im aumluszligeren Medium geringer als im Koumlrper des Tieres Daher stroumlmt Wasser von auszligen in die Zellen der Krabbe Um die Ionenkon-zentration im Inneren aufrecht zu erhalten muss die Krabbe Wasser ausscheiden die Harnproduktion steigt von 0 auf 40 der Koumlrpermasse pro Tag

Zelle Energie und Enzyme 3




Hypothese Wird die Strandkrabbe vom Wasser mit der Haumllfte der Ionenkonzentra-tion zuruumlck in reines Meerwasser gesetzt so wird die Harnproduktion abnehmenBegruumlndung Die Strandkrabbe hat sich nach der Umsetzung in Wasser an die ge-ringere Ionenkonzentration angepasst indem die Harnproduktion gesteigert wird Wird sie jetzt wieder in reines Meerwasser gesetzt ist die Ionenkonzentration in der aumluszligeren Umgebung houmlher (hyperton) Damit stroumlmt Wasser aus den Zellen in das aumluszligere Medium Um die Wasserverluste gering zu halten wird die Harnpro-duktion verringert und wird sich dem Ausgangswert von nahezu 0 naumlhern

A2 Ergaumlnzen Sie in der Grafik den erwarteten Kurvenverlauf

10

20

30

40

50

210

Harnproduktion ( Koumlrpermasse pro Tag)

Carcinus maenas

Aufenthaltsdauer im Medium (h)

38 Diphtherietoxin bindet an speziellen Zell-Rezeptoren

A1 Beschreiben Sie den Wirkmechanismus des Diphterietoxins Benennen Sie den zugrunde liegenden Transportvorgang fuumlr a die Aufnahme des Toxins in Koumlrperzellen und b die Freisetzung der A-Kette aus den VesikelnDiphtheriebakterien befallen den Rachenraum setzen sich dort fest und produzie-ren das Diphtherietoxin Das freigesetzte Toxin besteht aus zwei Proteinketten A- und B-Kette und gelangt durch die Blutbahn zu den Organen Das Toxin bindet mit der B-Kette an einen bestimmten Rezeptor (EGF-Rezeptor) an Koumlrperzellen und das Toxin gelangt durch Endocytose in die Koumlrperzelle Im endocytotisch gebilde-ten Vesikel wird das Toxin in die A- und B-Kette gespalten Die B-Kette kann sich in die Vesikelmembran integrieren und bildet eine Pore durch die die A-Kette in die Zelle gelangen kann In der Zelle bewirkt die A-Kette das Stoppen der Protein-synthese Die Zelle kann keine zelleigenen Proteine mehr bilden und stirbt abZugrunde liegende Transportvorgaumlngea Endocytoseb Diffusion

A2 Stellen Sie eine Hypothese auf wie der Wirkmechanismus des Diphterie-toxins durch Medikamente durchbrochen werden koumlnnteMoumlgliche Hypothesen1) Das Medikament koumlnnte an das Diphtherietoxin in der Blutbahn binden und es zerstoumlren oder durch die Bindung werden Zellen des Immunsystems aktiviert die das Toxin unschaumldlich machen2) Das Medikament koumlnnte im Cytosol an die A-Kette binden und es unschaumldlich machen damit die Proteinsynthese nicht gestoppt wird 3) Das Medikament koumlnnte verhindern dass das Toxin im Vesikel in A- und B-Kette gespalten wird Damit koumlnnte die A-Kette nicht freigesetzt werden





A3 Bewerten Sie den Vorschlag einen Wirkstoff zu entwickeln der die Ausbil-dung von EGF-Rezeptoren verhindert An den EGF-Rezeptor bindet normalerweise der Wachstumsfaktor EGF Dieser ist fuumlr die Regulation des Wachstums der Zelle notwendig Wuumlrde die Ausbildung von EGF-Rezeptoren verhindert werden koumlnnten die notwendigen Wachstumsfaktoren nicht binden und das Wachstum der Zelle kann nicht richtig oder gar nicht regu-liert werden

4 Energie und Enzyme

43 Enzyme sind Biokatalysatoren

A1 Erlaumlutern Sie am Beispiel der Urease typische Eigenschaften eines Biokata-lysatorsAlle Enzyme sind Biokatalysatoren Enzyme sind Proteine die jeweils auf ein ganz bestimmtes Substrat (Ausgangsstoff) und eine ganz spezifische Reaktion spezi-alisiert sind Diese Reaktion wird von dem Enzym katalysiert also beschleunigt In diesem Beispiel bildet der Harnstoff als Substrat mit dem Enzym Urease im aktiven Zentrum einen Enzym-Substrat-Komplex Dieser reagiert weiter zu Enzym und Produkt Das Enzym geht also unverbraucht aus der Reaktion hervor und kann das naumlchste Substratmolekuumll umsetzen Im Vergleich zur unkatalysierten Reaktion setzt das Enzym als Biokatalysator die Aktivierungsenergie herab sodass die Reak-tion bei niedrigeren Temperaturen ablaufen kann

A2 Erklaumlren Sie Abb 2 auf S 73 im Schuumllerbuch am Beispiel der Harnstoffspal-tung durch UreaseDie gruumlne Kurve in Abb 2 zeigt die unkatalysierte Reaktion als die thermische Zersetzung von Harnstoff Hier ist zur Spaltung des Harnstoffs durch Wasser-anlagerung (Hydrolyse) eine hohe Aktivierungsenergie erforderlich Die rote Kurve zeigt die durch Urease katalysierte Hydrolyse von Harnstoff Hier ist die Aktivie-rungsenergie so weit herabgesetzt dass die Reaktion bei Zimmertemperatur stattfindet

44 Sind alle Enzyme streng substratspezifisch

A1 Beschreiben Sie den Verlauf der in Abb 1 dargestellten Messkurven und erklaumlren Sie die KurvenverlaumlufeDargestellt sind die Reaktionsgeschwindigkeiten des Abbaus von Ethanol und Methanol durch ADH in Abhaumlngigkeit der jeweiligen Substratkonzentration Sowohl Methanol als auch Ethanol werden durch ADH abgebaut Die Reaktions-geschwindigkeit nimmt fuumlr beide Stoffe mit steigender Substratkonzentration zu wobei die Zunahme bei hohen Substratkonzentrationen geringer wird Es ergeben sich also Saumlttigungskurven Bei gleicher Substratkonzentration laumluft der Abbau von Ethanol schneller als der von Methanol

A2 Beurteilen Sie anhand von Abb 1 die Substratspezifitaumlt des Enzyms Alkohol-dehydrogenase (ADH)Alkoholdehydrogenase (ADH) setzt verschiedene Alkohole wie Methanol und Ethanol um Daraus folgt dass ADH offenbar nicht streng substratspezifisch ist sondern auf Substrate wirkt die eine Alkoholgruppe aufweisen Hinweis ADH ist ein sogenanntes gruppenspezifisches Enzym





A3 Erklaumlren Sie das Vorgehen bei der Behandlung einer Methanolvergiftung Beruumlcksichtigen Sie dabei auch die Abb 2Nach dem Konsum alkoholischer Getraumlnke wird das enthaltene Ethanol im menschlichen Koumlrper in einem zweistufigen Prozess enzymatisch abgebaut zu-naumlchst in Acetaldehyd und schlieszliglich in Essigsaumlure die erste Reaktion wird durch Alkoholdehydrogenase katalysiert Alkoholdehydrogenase ist auch am Abbau von Methanol im menschlichen Koumlrper beteiligt Die Alkoholdehydrogenase arbeitet hier aber erheblich langsamer und es entsteht dabei Methanal (Formaldehyd) ADH hat eine groumlszligere Affinitaumlt zu Ethanol als zu Methanol Die Ethanolgabe zur Behandlung einer Methanolvergiftung ist deshalb sinnvoll weil die ADH keine strikte Substratspezifitaumlt aufweist sondern jeweils beide Alko-hole bzw Aldehyde umsetzt Als Folge der Ethanolgabe konkurrieren Ethanol und Methanol um das aktive Zentrum der ADH Ethanol wird als (kompetitives) Substrat anstelle von Methanol im aktiven Zentrum der ADH gebunden und umgesetzt Da somit der groumlszligte Teil der Enzyme mit Ethanol besetzt ist wird Methanol nur in ge-ringen Mengen zum giftigen Methanal umgesetzt Als Folge der Ethanolgabe wird Methanol also langsamer zu Methanal umgesetzt So werden die Konzentrationen des Methanols und seiner giftigen Abbauprodukte im Blut langsam verringert Die Ethanolkonzentration sollte groumlszliger als die des Methanols sein

45 Enzymatische Reaktionen lassen sich mit Modellen veranschaulichen

A1 Beschreiben Sie die Situationen in Abb 1 a ndash c im SupermarktSituation a Es sind nur wenige Kunden an der Kasse Sie werden sofort bedient Die meisten Kassenstationen haben keine KundenSituation b Einige Kassenstationen haben keine Kunden Da aber mehr Kunden als in a vorhanden sind werden in der gleichen Zeit auch mehr Kunden abgefertigtSituation c Vor allen Kassenstationen hat sich eine Schlange gebildet An allen Stationen wird mit maximaler Geschwindigkeit gearbeitet Die Zahl der abgefer-tigten Kunden ist nur von der Zahl der Kassenstationen abhaumlngig nicht aber von der Kundenzahl

A2 Ordnen Sie folgende Bestandteile des Supermarktkassenmodells den Kom-ponenten einer Enzymreaktion zua Kasse mit Kassiererb Kunde mit Einkaufswagenc Kunde der bezahlt hata Kasse mit Kassierer OthinspEnzymb Kunde mit Einkaufswagen OthinspSubstrat(e)c Kunde der bezahlt hat OthinspProdukt(e)

A3 Erklaumlren Sie wie anhand des Supermarktbeispiels die Zusammenhaumlnge aus Kurve a in Abb 2 auf S 76 im Schuumllerbuch veranschaulicht werden koumlnnenVmax

2 Die Haumllfte der Kassenstationen ist mit Kunden besetztReaktionsgeschwindigkeit Zahl der abgefertigten Kunden pro ZeiteinheitMaximalgeschwindigkeit Alle Kassenstationen sind von Kunden besetzt und arbeiten auf HochtourenKM-Wert Die Haumllfte der Kassenstationen ist mit Kunden belegtWechselzahl Anzahl der abgefertigten Kunden einer Kassenstation pro Zeit-einheitSituation a entspricht der Reaktionsgeschwindigkeit bei kleiner Substratkonzent-ration Es sind nicht alle Enzyme ausgelastet Situation b entspricht einer houmlheren Substratkonzentration die Geschwindigkeit ist houmlher Es sind aber nicht alle Enzy-me ausgelastet Die Situation entspricht einer Substratkonzentration etwas uumlber dem KM-Wert Situation c entspricht einer sehr hohen Substratkonzentration





Alle Enzyme sind voll ausgelastet Die Reaktion laumluft mit Maximalgeschwindigkeit ab und die umgesetzte Substratmenge ist abhaumlngig von der Wechselzahl

A4 Erlaumlutern Sie warum eine weitere Erhoumlhung der Substratkonzentration fast keinen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit hatDa alle Enzyme bei der hohen Substratkonzentration sofort nach einer Reaktion wieder von einem neuen Substratmolekuumll besetzt werden spielt es praktisch keine Rolle wenn die Substratkonzentration weiter erhoumlht wird Die einzelnen Enzymmolekuumlle koumlnnen dadurch nicht schneller arbeiten

A5 Beurteilen Sie Leistungsfaumlhigkeit und Grenzen des Supermarktkassen-modells als Erklaumlrungshilfe fuumlr die Arbeit von EnzymenDer dynamische Vorgang der Enzym-Substrat-Reaktion kann durch das Modell anschaulich dargestellt werden Die Grenzen des Modells ergeben sich u a in den unterschiedlichen Aufenthaltszeiten der Kunden an den Kassen Diese entspre-chen nicht der Kinetik der biochemischen Reaktion Genauso erfolgt die Orien-tierung von Kunden an einer Supermarktkasse gezielt nach der Laumlnge der Warte-schlange und der Fuumllle der Einkaufswagen was das zufaumlllige Aufeinandertreffen von Substrat und Enzym aufgrund der Teilchenbewegung nur ungenau wiedergibt

A6 Beschreiben Sie die Situation in Abb 1 d und stellen Sie eine Hypothese auf was auf enzymatischer Ebene dargestellt sein sollIm vollen Supermarkt faumlllt eine Kasse ploumltzlich aus An dieser koumlnnen keine Kun-den mehr bedient werden Diese Situation soll den Ausfall eines Enzyms darstel-len Dieses Enzym koumlnnte z B aufgrund eines Hemmstoffs blockiert sein

46 Die Enzymaktivitaumlt haumlngt von den Umgebungsfaktoren ab

A1 Beschreiben Sie die in Abb 1 und Abb 3 dargestellte Abhaumlngigkeit der Enzymaktivitaumlt von der Temperatur und vom pH-WertDie Enzymaktivitaumlt entspricht der Reaktionsgeschwindigkeit Sie ist bei niedrigen Temperaturen gering Mit zunehmender Temperatur steigt sie erst langsam dann immer schneller an Spaumlter flacht die Aktivitaumltskurve wieder ab und erreicht bald danach ihr Maximum Bei weiterer Temperaturerhoumlhung faumlllt die Enzymaktivitaumlt sehr rasch abpH-Wert Der Aktivitaumltsbereich der ausgewaumlhlten Enzyme in Abb 3 liegt bei ver-schiedenen pH-Werten Pepsin ist bei viel niedrigeren pH-Werten (pH 0 ndash 35) als Trypsin (pH 65 ndash 10) aktiv Die glockenartige Form der Aktivitaumltskurven ist aber in beiden Faumlllen sehr aumlhnlich Die Enzymaktivitaumlt ist jeweils unterhalb eines be-stimmten pH-Wertes nicht nachweisbar Mit steigendem pH-Wert nimmt sie dann erst langsam spaumlter zunehmend schneller und schlieszliglich wieder langsamer zu bis das Maximum erreicht wird Der Abfall der Aktivitaumlt bei pH-Werten oberhalb des Maximums verhaumllt sich etwa spiegelsymmetrisch zum Anstieg

A2 Erklaumlren Sie die erkennbaren AbhaumlngigkeitenTemperaturabhaumlngigkeit Auch fuumlr Reaktionen die von Enzymen katalysiert werden gilt die RGT-Regel nach der die Reaktionsgeschwindigkeit sich bei einer Erhoumlhung der Temperatur um 10 Grad verdoppelt bis verdreifacht Das liegt an der wachsenden kinetischen Energie der Reaktanden Bei steigenden Temperaturen werden jedoch zunehmend schwache Wechselwirkungen in den Enzymen gelo-ckert Dieser negative Einfluss der Temperatur auf die Funktionsfaumlhigkeit der Enzy-me wirkt einem weiteren Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit entgegen Wenn die zunehmende Inaktivierung der Enzyme die steigende Reaktivitaumlt aufgrund der RGT-Regel gerade ausgleicht wird das Temperaturoptimum des Enzyms erreicht Bei weiterer Temperaturerhoumlhung schreitet die Inaktivierung der Enzyme rasch fort sodass die Aktivitaumltskurve steil abfaumlllt Schlieszliglich denaturieren die Enzyme vollstaumlndig





pH-Abhaumlngigkeit Mit dem pH-Wert veraumlndert sich auch die Konformation eines Enzyms So koumlnnen verschiedene Seitenketten von Aminosaumluren je nach pH-Wert Protonen aufnehmen oder abgeben Dadurch aumlndern sich die intramolekularen Wechselwirkungen und somit die dreidimensionale Struktur des Enzyms Schon kleine Aumlnderungen in der Form des aktiven Zentrums beeinflussen die Aktivitaumlt des Enzyms Bei einem bestimmten pH-Wert ist die Konformation des Enzyms optimal je weiter der pH-Wert vom Optimum abweicht desto mehr veraumlndert sich auch die Struktur des Enzyms desto geringer wird also seine Aktivitaumlt

A3 Begruumlnden Sie warum die im Darm benoumltigte Amylase neu synthetisiert werden mussDie im Mund hergestellte Amylase kann im Mund im Bereich ihren pH-Optimums arbeiten Gelangt der Nahrungsbrei dann in den Magen wird die Amylase bei pH 1 denaturiert Folglich muss fuumlr die weitere Kohlenhydratspaltung im Darm neue Amylase synthetisiert werden

46 Enzymaktivitaumlt kann visuell verfolgt werden

A1 Beschreiben Sie die Versuchsreihe in Abb 3 zur Untersuchung der Wir-kungsweise von UreaseIn der Versuchsreihe werden unterschiedliche Aspekte von Enzymreaktionen untersucht Dabei macht man sich die harnstoffspaltende Wirkung von Urease zu-nutze Das entstehende Ammoniak kann in waumlssriger Loumlsung mit der Pinkfaumlrbung von Phenolphthalein nachgewiesen werden Untersucht werden die Temperatur-abhaumlngigkeit die Hemmung durch Schwermetalle und die Wirkung von struk-turaumlhnlichen (Hemm-)Stoffen

A2 Formulieren Sie die Fragestellungen die mithilfe der Versuchsansaumltze 2 ndash 7 beantwortet werden koumlnnenAnsatz 2 3 und 5 Welchen Einfluss hat die Temperatur auf die UreaseaktivitaumltAnsatz 4 Welchen Einfluss haben Schwermetall-Ionen wie Kupfer auf die Urease-aktivitaumltAnsatz 6 Die Fragestellung ist unklar da zwei Faktoren gleichzeitig variiert werdenAnsatz 7 Koumlnnen Stoffe mit einer sehr aumlhnlichen Struktur wie Harnstoff auch von der Urease gespalten werden

A3 Erlaumlutern Sie die Notwendigkeit von Versuchsansatz 1 und uumlberpruumlfen Sie welcher der sieben Versuchsansaumltze kein aussagekraumlftiges Ergebnis liefern kannAnsatz 1 ist ein Kontrollversuch der zeigen soll dass Harnstoff in waumlssriger Louml-sung ohne Urease nicht umgesetzt wirdAnsatz 6 liefert kein aussagekraumlftiges Ergebnis da hier die zwei Faktoren (Tempe-ratur und Schwermetall-Ionen) gleichzeitig variiert werden

A4 Deuten Sie die Versuchsbeobachtungen aus Abb 3Die Pinkfaumlrbung in Ansatz 2 zeigt dass Ammoniak entstanden ist Harnstoff wird gespalten Der Vergleich mit den Ansaumltzen 3 und 5 zeigt die Temperaturabhaumlngig-keit der Ureaseaktivitaumlt Die ausbleibende Pinkfaumlrbung in Ansatz 3 deutet darauf hin dass bei 70 degC die Urease bereits so weit denaturiert ist dass das Substrat nicht mehr im aktiven Zentrum binden kann Folglich wird kein Harnstoff umge-setzt und kein Ammoniak nachgewiesen Die spaumlte Pinkfaumlrbung in Ansatz 5 zeigt dass bei den tieferen Temperaturen die Urease den Harnstoff nur sehr langsam umsetzt Dies ist auf die geringere Teilchenbewegung zuruumlckzufuumlhren was eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit des Aufeinandertreffens von Enzym und Substrat zur Folge hat Es gilt die RGT-RegelDie Zugabe von Blei-Ionen in Ansatz 4 verhindert die Harnstoffumsetzung Es han-delt sich um eine irreversible Hemmung durch Schwermetall-Ionen





In Ansatz 7 wird der Harnstoff durch Thioharnstoff ersetzt Die Pinkfaumlrbung bleibt aus es entsteht also kein Ammoniak Dies ist darauf zuruumlckzufuumlhren dass die Urease den Thioharnstoff nicht spalten kann obwohl dieser sich vom Harnstoff nur in einem Atom unterscheidet In diesem Ansatz wird die hohe Substratspezifi-taumlt der Urease verdeutlicht

47 Die Wirkung mancher Medikamente beruht auf der Enzymhemmung

A1 Beschreiben Sie anhand von Abb 1 den Abbau von Adenin und Guanin im Koumlrper eines gesunden MenschenAdenin (A) und Guanin (G) sind Bausteine der Erbsubstanz die mit pflanzlicher oder tierischer Nahrung aufgenommen werden Adenin wird dabei zu Hypoxanthin umgewandelt Das Hypoxanthin wird uumlber Xanthin zu Harnsaumlure umgesetzt Beide Schritte werden von dem Enzym Xanthin-Oxidase katalysiert Guanin wird direkt zu Xanthin und weiter zur Harnsaumlure umgewandelt Die entstehende Harnsaumlure wird dann ausgeschieden

A2 Stellen Sie die Ergebnisse aus Abb 3 in einem geeigneten Diagramm dar und beschreiben Sie das Ergebnis

2

0

4

6

8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

dig

keit

(v) ohne Allopurinol

mit Allopurinol

Substratkonzentration (S)

Dargestellt ist die Reaktionsgeschwindigkeit in Abhaumlngigkeit von der Substrat-konzentration (Hypoxanthin) mit und ohne den Hemmstoff Allopurinol Die Kurve ohne Allopurinol zeigt den typischen Verlauf einer Saumlttigungskurve Bei niedrigen Substratkonzentrationen fuumlhrt eine geringfuumlgige Erhoumlhung der Substratkonzent-ration zu einer deutlichen Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit Eine weitere Erhoumlhung der Substratkonzentration laumlsst die Reaktionsgeschwindigkeit nur noch unwesentlich ansteigen Die Kurve flacht ab und naumlhert sich asymptotisch der maximalen Reaktionsgeschwindigkeit an Die Kurve mit Allopurinol ist deutlich flacher d h es wird bei gleicher Substratkonzentration pro Zeiteinheit eine gerin-gere Reaktionsgeschwindigkeit erreicht Der hemmende Einfluss laumlsst jedoch mit steigender Substratkonzentration nach d h auch mit Allopurinol wird die maxima-le Reaktionsgeschwindigkeit erreicht

A3 Deuten Sie die Ergebnisse der Messungen ohne und mit Allopurinol-ZusatzDeutung ohne AllopurinolDer Kurvenverlauf laumlsst sich durch die begrenzte Anzahl der Enzym-Molekuumlle erklaumlren Bei niedriger Substratkonzentration sind nur wenige Enzym-Molekuumlle mit Substrat-Molekuumllen besetzt Eine Erhoumlhung der Substratkonzentration fuumlhrt dazu dass noch unbesetzte Enzym-Molekuumlle mit Substrat-Molekuumllen reagieren Die Reaktionsgeschwindigkeit wird betraumlchtlich gesteigert Eine weitere Erhoumlhung der Substratkonzentration fuumlhrt nur zu einer geringfuumlgigen Erhoumlhung der Reakti-onsgeschwindigkeit da allmaumlhlich alle Enzym-Molekuumlle mit Substrat-Molekuumllen besetzt sind Es handelt sich um eine typische Saumlttigungskurve die in 3 Abschnitte eingeteilt werden kann Abschnitt I geringe Substratkonzentration linearer Kurvenverlauf Die Enzymmen-ge ist sehr groszlig es erfolgt ein sofortiger Umsatz aller Substratmolekuumlle





Die Substratkonzentration wirkt als begrenzender FaktorAbschnitt II Mit steigender Substratkonzentration entstehen mehr Enzym-Subst-rat-Komplexe langsam wird die Kapazitaumltsgrenze der Enzyme erreicht Dies fuumlhrt zum Abflachen der Kurve Abschnitt III hohe Substratkonzentration Saumlttigungsbereich Alle Enzyme arbei-ten mit maximaler Umsatzrate (Wechselzahl) Die Enzymkonzentration wirkt als begrenzender Faktor eine weitere Erhoumlhung der Substratkonzentration fuumlhrt nicht zu einer Erhoumlhung der Reaktionsgeschwindigkeit Deutung mit AllopurinolDer Kurvenverlauf ist typisch fuumlr einen kompetitiven Hemmstoff der mit dem Substrat um das aktive Zentrum des Enzyms konkurriert Die Kurve ist deutlich flacher d h bei gleicher Substratkonzentration pro Zeiteinheit wird eine geringere Reaktionsgeschwindigkeit (Umsatzrate) erreicht Es handelt sich um ein Beispiel fuumlr das Phaumlnomen der kompetitiven Hemmung Der Hemmstoff ist ein chemisch aumlhnlicher Stoff wie das Substrat Beide konkurrieren um das aktive Zentrum des Enzyms Folglich wird der Reaktionsverlauf gehemmt Mit zunehmender Substrat-konzentration wird der Einfluss des Hemmstoffes geringer weil immer haumlufiger die Substratmolekuumlle in das aktive Zentrum gelangen bis die urspruumlngliche Maxi-malgeschwindigkeit der Reaktion erreicht wird

A4 Erklaumlren Sie die Wirkung des Medikaments AllopurinolBei der Substanz Allopurinol handelt es sich um einen kompetitiven Hemmstoff der aufgrund seines aumlhnlichen chemischen Aufbaus mit dem Substrat (Xanthin) um das aktive Zentrum der Xanthinoxidase konkurriert Durch die Hemmung mit Allopurinol wird weniger Hypoxanthin durch die Xanthinoxidase zu Harnsaumlure umgesetzt Die Harnsaumlurekonzentration sinkt sodass sich keine oder nur wenige neue Harnsaumlurekristalle bilden koumlnnen




Stoffwechsel Stoff- und Energie austausch bei Tieren 5

Stoffwechsel5 Stoff- und Energie austausch bei Tieren

54 Die Nahrungsbestandteile werden im Koumlrper unterschiedlich verwendet

A1 Erklaumlren Sie die Begriffe Baustoffwechsel und BetriebsstoffwechselDer Baustoffwechsel ist der Teil des Stoffwechsels in dem Naumlhrstoffmolekuumlle zum Aufbau von koumlrpereigenen Strukturen genutzt werdenDer Betriebsstoffwechsel wird auch Energiestoffwechsel genannt Im Betriebs-stoffwechsel werden aufgenommene energiereiche Naumlhrstoffe zur Energiegewin-nung genutzt

A2 Ordnen Sie die genannten Nahrungsbestandteile den Kategorien in der Tabelle zu

Baustoffe Betriebsstoffe Ballaststoffe

Kohlenhydrate Kohlenhydrate Unverdauliche Kohlenhydrate

Fette Fette

Eiweiszligstoffe Eiweiszligstoffe

Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser

A3 Ordnen Sie die fettgedruckten Begriffe aus dem Analogiemodell Haus den Kategorien Baustoffe und Betriebsstoffe zu Finden Sie mindestens drei weitere Analogien aus dem Bereich Hausbau zum Stoffwechsel im Koumlrper

Baustoffe Betriebsstoffe

Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz

Daumlmmstoff Elektrischer Strom

Glas hellip

Holz Erdgas

hellip Sonne (Solarthermie)

Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

54 Pflanzenfresser zeigen unterschiedliche Wege der Nahrungsverwertung

A1 Erklaumlren Sie warum Cellulose nur von wenigen Organismen verwertet wer-den kann und dem Menschen nur als Ballaststoff dientIn den Stoffwechselprozessen des Menschen kann die Cellulose nicht zerlegt werden da die passenden Enzyme fehlen Deswegen werden sie unverdaut als Ballaststoffe wieder ausgeschieden Die Organismen die Cellulose verwerten koumlnnen tragen meist symbiontische Mikroorganismen in sich die die Verdauung unterstuumltzen





A2 Vergleichen Sie den Verdauungskanal von Giraffe und Koala und geben Sie eine moumlgliche Erklaumlrung wo sich der Lebensraum der Mikroorganismen beim Koala befindetDie Verdauungskanaumlle von Giraffe und Koala sind an die Verdauung von pflanz-lichen Naumlhrstoffen angepasst Beide tragen in ihrem Verdauungssystem symbion-tische Mikroorganismen Bei der Giraffe wird die Cellulose von den Mikroorganis-men in Pansen und Netzmagen abgebaut Im Verdauungskanal des Koalas faumlllt der sehr lange Blinddarm auf In diesem Blinddarm befinden sich die symbiontischen Mikroorganismen die die sonst unverdaulichen Ballaststoffe aufspalten um die Naumlhrstoffe zu gewinnen Da der gesamte Verdauungsvorgang im Darm ablaumluft muss dieser relativ lange dauern

A3 Erklaumlren Sie mithilfe des Informationstextes die Bedeutung des Kotfressens beim KaninchenIm voluminoumlsen Blinddarm werden einige Nahrungsbestandteile die das Kanin-chen nicht selbst verdauen kann von Bakterien in eine verwertbare Form ge-bracht Diese koumlnnen nur im Duumlnndarm resorbiert also vom Koumlrper aufgenommen werden Der Duumlnndarm liegt jedoch noch vor dem Blinddarm Der Weichkot der Kaninchen besteht aus Ausscheidungen aus dem Blinddarm Dieser Blinddarmkot wird vom Kaninchen sofort wieder gefressen und gelangt so in den Duumlnndarm wo er verwertet wird Den Abbau der Cellulose durch symbiontische Mikroorganismen im Blinddarm bestaumltigen die Untersuchungsergebnisse Denn wenn Kaninchen laumlngere Zeit daran gehindert werden ihren Blinddarmkot zu fressen oder die Bakterien im Kaninchenblinddarm mit Antibiotika abgetoumltet werden magern die Kaninchen trotz normaler Ernaumlhrung ab und zeigen Mangelerscheinungen

A4 Vergleichen Sie die Nahrungsverwertung bei Giraffe Koala und KaninchenGiraffe Koala und Kaninchen sind alle in der Lage pflanzliche Nahrung zu verdau-en Dies ist nur mithilfe von symbiontischen Mikroorganismen moumlglich Bei der Giraffe findet die Arbeit der Mikroorganismen in den unterschiedlichen Maumlgen statt die Abbauprodukte koumlnnen dann im Darm resorbiert werden Bei Koala und Kaninchen befinden sich die Mikroorganismen im Blinddarm Beim Koala dauert die Verdauung sehr lange da die Arbeit der Mikroorganismen im Darm stattfindet Beim Kaninchen wird die Cellulose durch Mikroorganismen im Blinddarm abge-baut Die Abbauprodukte werden dann uumlber den Blinddarmkot wieder aufgenom-men und koumlnnen im Darm resorbiert werden

57 Das Atemzentrum regelt die Atmung

A1 Beschreiben Sie anhand von Abb 1 die Regelung der Atmung im Ruhe-zustand und bei koumlrperlicher BelastungUumlber das Atemzentrum wird die Atmung so geregelt dass der Koumlrper immer ausreichend mit Sauerstoff versorgt wird Die Regelung erfolgt uumlber die CO2-Kon-zentration im Blut der Sollwert wird dabei vom Gehirn vorgegeben Sinneszellen registrieren die Veraumlnderungen der CO2-Konzentration im Blut und uumlbermitteln diese Information uumlber Nerven an das Atemzentrum Die Anpassung erfolgt dann uumlber Aumlnderungen in der Atemfrequenz und der Atemtiefe sodass der Sollwert wieder erreicht wird

A2 Erstellen Sie anhand von Abb 2 auf S 89 im Schuumllerbuch einen Regelkreis zur Regulation der CO2-Konzentration im Blut Gehen Sie dabei von einer festge-legten CO2-Konzentration als Sollwert aus




Autorinnen und Autoren Karin Grunewald Holger Knerich Ralf KuumlttnerGrafik vasp datatecture GmbH Zuumlrich

A3 Erlaumlutern Sie die Daten aus Abb 2 in Ruhe und bei Belastung und verglei-chen Sie dieseDer Sauerstoffgehalt in der Arterie ist bei Belastung nur geringfuumlgig niedriger als in Ruhe Der Sauerstoffgehalt in der Vene ist bei Belastung deutlich niedriger als im Ruhezustand da im Gewebe uumlber die Koumlrperkapillaren mehr Sauerstoff abge-geben wurde Der erhoumlhte Sauerstoffbedarf im Gewebe fuumlhrt zu einer erhoumlhten Atemfrequenz und zu einer houmlheren Herzleistung in Belastungsphasen

57 Die Sauerstoffbindung von Haumlmocyanin ist temperaturabhaumlngig

A1 Beschreiben Sie die Sauerstoffbindungskurven in Abb 2Dargestellt ist die Sauerstoffsaumlttigung vom Haumlmocyanin in Abhaumlngigkeit vom Sauerstoffpartialdruck bei unterschiedlichen Temperaturen (0 15 und 30 degC) Bei 0 degC ist die Sauerstoffsaumlttigung bereits bei sehr geringem Sauerstoffpartialdruck bei 100 Die Abhaumlngigkeit der Sauerstoffsaumlttigung zeigt bei 15 degC einen sigmoi-den Verlauf Mit steigendem Sauerstoffpartialdruck steigt auch die Sauerstoffsaumlt-tigung bei 25 hPa betraumlgt die Sauerstoffsaumlttigung 50 ab 70 hPa sind es etwa 100 Bei 30 degC ist die Sauerstoffbindungsfaumlhigkeit vom Haumlmocyanin am gerings-ten Erst bei 75 hPa wird eine Sauerstoffsaumlttigung von 50 erreicht die 90 erst bei ca 150 hPa

A2 Vergleichen Sie die Sauerstoffaffinitaumlt von Haumlmocyanin bei verschiedenen Temperaturen anhand von Abb 2Der Sauerstoffpartialdruck gibt die Sauerstoffkonzentration an Bei 0 degC kann der Sauerstoff am besten ans Haumlmocyanin gebunden werden Bereits bei sehr gerin-gen Sauerstoffkonzentrationen ist das Haumlmocyanin mit Sauerstoff gesaumlttigt Mit steigender Temperatur sinkt die Sauerstoffbindungsfaumlhigkeit des Haumlmocyanins Ab 30 degC benoumltigt man eine sehr hohe Sauerstoffkonzentration fuumlr eine hohe Sauerstoffsaumlttigung Folglich ist die Sauerstoffaffinitaumlt vom Haumlmocyanin stark temperaturabhaumlngig

A3 Erklaumlren Sie das Ersticken der tropischen Tintenfische in kaltem Wasser Hinweis Der Sauerstoff-Partialdruck im Gewebe liegt zwischen 10 und 40 hPaDie niedrige Wassertemperatur bewirkt dass Sauerstoff zwar gut vom Haumlmocya-nin in den Kiemen gebunden wird Er wird aber im Gewebe nicht wieder freige-setzt und steht daher fuumlr den Stoffwechsel und die Energiegewinnung nicht zur Verfuumlgung Die Tiere ersticken wegen der zu festen Bindung des Sauerstoffs ans Haumlmocyanin bei niedrigen Wassertemperaturen

CO2-Konzentration im Blut

veraumlnderliche Stoffwechselintensitaumlt

Stoumlrgroumlszligen

Regelgroumlszlige

Atemzentrum

Sollwertgeber und Regler

ZwerchfellAtemmuskulatur

Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert

Atemzuumlge pro Minute

Stellgroumlszligen

SollwertNerven





59 Die Energiebereitstellung fuumlr die Muskelkontraktion haumlngt von der Sauer-stoffaufnahme ab

A1 Stellen Sie den Ablauf der Muskelkontraktion in einem Flussdiagramm dar

Anheftung des gespannten und mit ADP und P gebundenen Myosinkopfes am Actin (Bildung des Actomyosinkomplexes)

Entspannung des Myosinkopfes

Myosinkopf loumlst sich vom Actin

Abloumlsung von ADP und P vom Myosinkopf

Actin und Myosin verschieben sich gegeneinander

Myosin spaltet das gebundene ATP in ADP und P

Kippbewegung des Myosinkopfes

Der Muskel verkuumlrzt sich

Durch die freiwerdende Energie wird der Myosinkopf erneut gespannt

ATP dockt am entspannten Myosinkopf an

Gespannter und mit ADP und P gebundener Myosinkopf kann erneut am Actin anheften

A2 Benennen Sie anhand von Abb 1 und 2 die Moumlglichkeiten der ATP-Bereit-stellung und beschreiben Sie die zeitliche Reihenfolge in der sie bei maximaler koumlrperlicher Belastung genutzt werdenDas fuumlr die Muskelkontraktion benoumltigte ATP kann uumlber unterschiedliche Prozesse bereitgestellt werden Zunaumlchst wird das frei in den Zellen vorliegende ATP ge-nutzt Anschlieszligend wird ATP uumlber den Kreatinphosphat-Zerfall freigesetzt In der im weiteren Verlauf auftretenden Sauerstoffmangelphase wird ATP uumlber anaerobe Stoffwechselprozesse (Milchsaumluregaumlrung) bereitgestellt Wird der Muskel dann durch die erhoumlhte Herz- und Atemfrequenz ausreichend mit Sauerstoff versorgt beginnt die aerobe ATP-Gewinnung durch Zellatmung

A3 Erklaumlren Sie den Kurvenverlauf in Abb 3 unter Beruumlcksichtigung der Infor-mationen uumlber die ATP-Bereitstellung bei der Muskelkontraktion und erklaumlren Sie den Begriff der SauerstoffschuldBei starker koumlrperlicher Belastung kann der hohe Bedarf an ATP nicht so schnell gedeckt werden Damit die aerobe Energiegewinnung uumlber die Zellatmung im Muskel ablaufen kann muss der erhoumlhte Sauerstoffbedarf ausgeglichen werden Dies geschieht uumlber die Erhoumlhung der Herz- und Atemfrequenz Bis der Ausgleich erfolgt ist kann die benoumltigte Energie uumlber anaerobe Stoffwechselprozesse be-





reitgestellt werden So entsteht die Sauerstoffschuld die am Ende der Belastungs-phase wieder ausgeglichen wird

59 Koumlnnen Nahrungsergaumlnzungsmittel zum Muskelaufbau der Gesundheit schaden

A1 Erlaumlutern Sie die Wirkung von Kreatin und Kreatinphosphat im StoffwechselKreatinphosphat liefert die Phosphatgruppe zur schnellen Regeneration von ATP aus ADP und P zu Beginn von koumlrperlichen Belastungsphasen bis der ATP-Bedarf uumlber andere Stoffwechselprozesse gedeckt werden kann Das zuruumlckbleibende Kreatin kann anschlieszligend wieder zu Kreatinphosphat regeneriert werden Sowohl Hin- als auch Ruumlckreaktion werden von dem Enzym Kreatinkinase katalysiert die Prozesse laufen in der Zelle auszligerhalb des Mitochondriums ab Folglich stellt Krea-tinphosphat eine kurzfristige schnell abrufbare Energiereserve dar

A2 Bewerten Sie den Konsum von Kreatin-Praumlparaten zur LeistungssteigerungKreatin ist ein unter normalen Bedingungen im Koumlrper vorkommender Stoff Er spielt eine wichtige Rolle in der kurzfristigen Energiebereitstellung im Muskel sodass er fuumlr Schnellkraftsportler ein attraktiver bdquoErgaumlnzungsstoffldquo ist Da der Sportler damit rechnen muss dass seine Kontrahenten ebenfalls den Aufbaustoff Kreatin konsumieren baut sich ein psychischer Druck auf dieses Medikament ebenfalls zu konsumierenDer Konsum von Kreatin kann jedoch gesundheitliche Nebenwirkungen haben fuumlr die die Konsumenten selbst verantwortlich sind Da unter Umstaumlnden der Koumlrper die Eigenproduktion einstellt ist der Konsument gezwungen von da an das Produkt bdquoKreatinldquo weiter zu konsumieren er wird also koumlrperlich abhaumlngig Da die koumlrperlichen Schaumldigungen nicht abzuschaumltzen sind ist von einem Konsum von Kreatin zur Leistungssteigerung abzuraten Hier sind auch die Hersteller von solchen bdquoNahrungsergaumlnzungsmittelnldquo gefordert deutlicher auf die Gefahren hinzuweisen




Stoffwechsel Zellatmung mdash Energie aus Naumlhrstoffen 6

6 Zellatmung mdash Energie aus Naumlhrstoffen

61 Die Prozesse der Energiebereitstellung laufen im Cytoplasma und im Mitochondrium ab

A1 Informieren Sie sich und benennen Sie die Strukturen 1 ndash 4 im Mitochondri-um in Abb 11 aumluszligere Mitochondrienmembran2 innere Mitochondrienmembran3 Intermembranraum4 Matrix

A2 Ordnen Sie den Teilprozessen des Glucoseabbaus in Abb 2 die Orte zu an denen sie ablaufen

Teilprozess Ort

Glykolyse Cytoplasma

Pyruvatoxidation Matrix

Citratzyklus Matrix

Atmungskette Innere Mitochondrienmembran

A3 Vergleichen Sie innere und aumluszligere MitochondrienmembranDurch die beiden Membranen werden im Mitochondrium die zwei Kompartimente Intermembranraum und Matrix gebildet Die innere Mitochondrienmembran ist durch die lamellenfoumlrmigen Einstuumllpungen deutlich groumlszliger und hat eine entspre-chend viel groumlszligere Oberflaumlche Zudem findet man in der inneren Mitochondrien-membran einen deutlich houmlheren Proteinanteil Hier betraumlgt das Verhaumlltnis Protein zu Phospholipid ca 3 1 in der aumluszligeren Membran findet man lediglich ein Verhaumllt-nis von 1 1

A4 Erklaumlren Sie die Funktion der besonderen Ausgestaltung der inneren MitochondrienmembranDie vergroumlszligerte Oberflaumlche und der hohe Proteinanteil ermoumlglichen eine effektive Bereitstellung von ATP in der Atmungskette

65 Der Abbau von Kohlenhydraten erfolgt in mehreren Schritten

A1 Mithilfe von Abb 1 koumlnnen Sie pruumlfen ob Sie die Zusammenhaumlnge der aero-ben Energiegewinnung aus Glucose verstanden haben Fuumlllen Sie Abb 1 vollstaumln-dig aus ohne ins Schuumllerbuch zu schauensiehe Loumlsung zu Aufgabe 2

A2 Formulieren Sie die Gesamtbilanzgleichung fuumlr den aeroben Abbau von einem Molekuumll GlucoseLoumlsung zu 1 und 2 s naumlchste Seite




Autorinnen und Autoren Karin Grunewald Holger Knerich Ralf KuumlttnerGrafik Andrea Ulrich decience Luzern

A3 Fassen Sie jeden Teilprozess in jeweils einem Satz zusammenIn der Verdauung werden die Kohlenhydrate zu Glucose abgebaut die dann im Darm resorbiert wird In der Glykolyse wird die Glucose im Cytoplasma unter Gewinnung von 2 ATP und 2 NADH + 2 H+ zu Pyruvat umgesetzt In der Pyruvatoxidation wird in der Mitochondrienmatrix unter Gewinnung von NADH + H+ von jedem Pyruvat je ein CO2 abgespalten wobei Acetyl-CoA entsteht Im Citratzyklus wird in der Mitochondrienmatrix unter Gewinnung von 2 ATP 6 NADH + 6 H+ und 2 FADH2 das Acetyl-CoA vollstaumlndig zu CO2 abgebaut In der Atmungskette wird aus den in den vorangegangenen Teilprozessen gebildeten energiereichen Verbindungen NADH + H+ und FADH2 Energie in Form von ATP gewonnen

65 Manche Gifte wirken als Entkoppler auf die Atmungskette

A1 Beschreiben Sie die Energiegewinnung in der Atmungskette der Zellatmung anhand von Abb 2 auf S 118 im SchuumllerbuchDie von den energiereichen Verbindungen NADH + H+ und FADH2 abgegebe-nen Elektronen durchflieszligen verschiedene Proteinkomplexe in der inneren Mitochondrienmembran bevor sie auf den Sauerstoff uumlbertragen werden Durch jeden Redoxkomplex werden Protonen aus der Matrix in den Intermembranraum gepumpt Daraus resultiert ein Protonengradient zwischen Matrix und Intermem-branraum Der Ruumlckfluss der Protonen mit dem Konzentrationsgefaumllle wird von der ATP-Synthase genutzt um aus ADP und P das energiereiche ATP herzustellen

O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess

Verdauung Mobilisierung

Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix

Atmungskette innere Mitochondrien-membran

Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2

Summengleichung C6H12O6 +

6





A2 Vergleichen Sie die Atmungskette mit und ohne Einwirkung von Dinitro-phenolOhne Dinitrophenol wird beim Elektronentransport ein Protonengradient aufge-baut der von der ATP-Synthase zur ATP-Gewinnung genutzt wird Dinitrophenol sorgt als Entkoppler dafuumlr dass der Protonengradient nicht aufgebaut wird Die von der Matrix in den Intermembranraum transportierten Protonen werden von DNP- als DNPH direkt durch die innere Mitochondrienmembran zuruumlck in die Matrix transportiert sodass sich kein Protonengradient aufbauen kann So kann die in den energiereichen Verbindungen NADH + H+ und FADH2 gespeicherte Energie nicht zur ATP-Synthese genutzt werden

A3 Erklaumlren Sie mithilfe der Informationen im Text und Abb 2 die Wirkung von Dinitrophenol auf den menschlichen Koumlrper wenn Sie annehmen dass die ATP-Konzentration im Koumlrper konstant gehalten werden sollUm die ATP-Konzentration im Koumlrper konstant zu halten werden unter aeroben Bedingungen die energiereichen Naumlhrstoffe Kohlenhydrate und Fette verbrannt Bei deren Abbau entstehen die energiereichen Verbindungen NADH + H+ und FADH2 aus denen dann in der Atmungskette ATP gewonnen wird Da durch die Wir-kung von Dinitrophenol kaum ATP gewonnen werden kann baut der Koumlrper immer mehr Fette und Kohlenhydrate ab um den Bedarf zu decken

A4 Die Einnahme von Dinitrophenol stellt einen massiven Eingriff in den Stoff-wechsel dar Erklaumlren Sie wie Dinitrophenol als Diaumltmittel wirkt und warum es so gefaumlhrlich istDie Einnahme von Dinitrophenol stellt einen massiven Eingriff in den Stoffwechsel dar weil das Medikament nicht beherrschbar ist denn es reichert sich im Koumlrper an Die durch die Einnahme bedingte erhoumlhte Stoffwechselaktivitaumlt kann nicht gestoppt werden und der Koumlrper baut immer weiter Fette und Kohlenhydrate ab Dies kann zu den beschriebenen Nebenwirkungen wie akute Herzbeschwerden Hitzewallungen und Atemnot fuumlhren

66 Die Dissimilation von Hefezellen haumlngt von den Bedingungen ab

A1 Beschreiben Sie die beiden Versuchsansaumltze und erklaumlren Sie die Funktion des KalkwassersIn beiden Versuchsansaumltzen wird jeweils die gleiche Menge an Hefezellen mit ausreichend Nahrung in Form von Zucker bei optimaler Temperatur gehalten Die Ansaumltze unterscheiden sich jedoch in ihren Bedingungen In Ansatz A werden durch den Sauerstoffeinstrom aerobe Bedingungen erzeugt durch den Stick-stoffeinstrom herrschen in Ansatz B anaerobe Bedingungen Das Kalkwasser dient zum Nachweis der Stoffwechselaktivitaumlt der Hefe Sowohl in der Zellatmung als auch in der alkoholischen Gaumlrung entsteht Kohlenstoffdioxid das mit dem Kalk-wasser nachgewiesen werden kann

A2 Formulieren Sie eine Fragestellung die mit diesem Experiment untersucht werden sollKoumlnnen Hefezellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen Stoffwechsel betreiben

A3 Deuten Sie die Beobachtungen des ExperimentsIn beiden Versuchsansaumltzen dient die nachgeschaltete Waschflasche mit dem Kalkwasser dem Nachweis des gebildeten Kohlenstoffdioxids Die Truumlbungen sind auf das Calciumcarbonat (Kalk) zuruumlckzufuumlhren welches durch das bei den Stoffwechselprozessen freigesetzte Kohlenstoffdioxid ausgefaumlllt wurde Dies zeigt dass die Hefe sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Bedingungen Stoffwechsel betreiben kann Unter aeroben Bedingungen wird der Zucker in der





Zellatmung zu Kohlenstoffdioxid verbrannt unter anaeroben Bedingungen findet alkoholische Gaumlrung statt Hier entsteht neben Ethanol auch Kohlenstoffdioxid

A4 Man kann Hefe zuumlchten Um in Versuch A die gleiche Menge Hefe zu zuumlch-ten wie in Versuch B muss in B 18-mal mehr Glucose zugesetzt werden Erklaumlren Sie diesen ZusammenhangUnter aeroben Bedingungen kann aus einem Molekuumll Zucker in der Zellatmung deutlich mehr (ca 36) ATP gewonnen werden als unter anaeroben Bedingungen in der alkoholischen Gaumlrung (ca 2 ATP) Um die gleiche Menge an Hefezellen zu zuumlchten muss die gleiche Menge an Energie bereitgestellt werden Dazu ist unter anaeroben Bedingungen eine 18-mal groumlszligere Menge an Zucker erforderlich

66 Die alkoholische Gaumlrung erfolgt unter Sauerstoffausschluss

A1 Beschreiben Sie den Stoffwechselweg der alkoholischen Gaumlrung anhand von Abb 3 In der alkoholischen Gaumlrung wird die Glucose in der Glykolyse zunaumlchst in 2 Py-ruvat abgebaut Dabei werden 2 ATP und 2 NADH + 2 H+ gewonnen Im naumlchsten Schritt wird vom Pyruvat jeweils ein CO2 abgespalten sodass Acetaldehyd entsteht Dieses wird dann unter Verbrauch von NADH + H+ zum Ethanol reduziert Insge-samt werden bei diesem Stoffwechselweg pro Molekuumll Glucose 2 ATP gewonnen

A2 Vor allem im suumlddeutschen Raum wird im Herbst gerne Zwiebelkuchen gegessen und dazu neuer Wein (bdquoFederweiszligerldquo) getrunken Bei diesem sehr suumlszligen Wein wird die Hefe nicht abfiltriert er ist deshalb truumlbe Begruumlnden Sie weshalb man die Flaschen nicht verkorken darf und warum sich im Verlauf von zwei bis drei Tagen der Geschmack des Federweiszligen veraumlndertDa die Hefe noch in der Flasche ist und in dem suumlszligen Wein noch ausreichend Zucker vorhanden ist findet weiterhin alkoholische Gaumlrung statt Hierbei wird Kohlenstoffdioxid frei weshalb die Flasche nicht verkorkt werden darf da sie sonst platzen koumlnnte Waumlhrend des Gaumlrungsprozesses wird der Zucker nach und nach zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid abgebaut Dadurch veraumlndert sich der Geschmack Die Suumlszlige wird weniger der Alkoholgehalt steigt

A3 Die Stoffwechselwege von Zellatmung und alkoholischer Gaumlrung trennen sich nach vielen gemeinsamen Reaktionsschritten Nennen Sie das letzte gemein-same Produkt und vergleichen Sie beide Stoffwechselwege bezuumlglich der Ener-gieausbeute und der Bedingungen unter denen sie ablaufen Erklaumlren Sie warum uumlber die Zellatmung deutlich mehr ATP bereitgestellt werden kannDas letzte gemeinsame Produkt ist das Pyruvat nach Abschluss der Glykolyse In der Zellatmung wird das Pyruvat unter aeroben Bedingungen vollstaumlndig zum Kohlenstoffdioxid umgesetzt Uumlber Glykolyse Pyruvatoxidation Citratzyklus und Atmungskette werden beim Abbau eines Glucosemolekuumlls ca 36 ndash 38 ATP-Molekuumlle erzeugt Unter anaeroben Bedingungen kann die Hefe in der alkoholischen Gaumlrung pro Molekuumll Glucose 2 ATP gewinnen Die Ausbeute betraumlgt bei der alkoholischen Gaumlrung also etwa 55 der Energie bei oxidativem Abbau in der Zellatmung In der alkoholischen Gaumlrung koumlnnen die energiereichen Verbindungen nicht vollstaumln-dig abgebaut werden da kein Sauerstoff zur vollstaumlndigen Oxidation zur Verfuumlgung steht Die restliche Energie steckt noch im Ethanol





67 Braunes Fettgewebe ermoumlglicht das Freisetzen von Waumlrme

A1 Ein Molekuumll Glucose liefert dem zellulaumlren Stoffwechsel bis zu 38 ATP-Mo-lekuumlle Begruumlnden Sie warum aus einem Molekuumll Fett deutlich mehr Energie in Form von ATP freigesetzt werden kann als aus einem Molekuumll GlucoseBeim Abbau von Fetten entstehen Glycerol und Fettsaumluren das Glycerol kann in die Glykolyse eingeschleust werden die langen Fettsaumluren werden in der β-Oxida-tion Schritt fuumlr Schritt in Acetyl-CoA umgewandelt Dabei entstehen pro C2-Koumlrper 1 NADH + H+ und 1 FADH2 Das Acetyl-CoA geht dann in den Citratzyklus ein wobei nochmals 3 NADH + 3 H+ und 1 FADH2 gewonnen werden Eine Stearinsaumlurekette (mit 18 C-Atomen die zu 9 Acetyl-CoA werden) liefert unter Beruumlcksichtigung aller mit Abbau und Transport verbundenen ATP-Umwandlungen 120 Molekuumlle Da jedes Fettmolekuumll aus 3 Fettsaumluren besteht ist die pro Fettmolekuumll freigesetzte Energie-menge in Form von ATP um ein vielfaches houmlher als bei einem Molekuumll Glucose

A2 Beschreiben Sie die Wirkung von Thermogenin in der Mitochondrienmem-bran der Zellen des braunen Fettgewebes anhand von Abb 2Das Thermogenin in der Mitochondrienmembran von braunen Fettzellen nutzt den Protonengradienten zur Waumlrmegewinnung Beim Zuruumlckstroumlmen der Protonen aus dem Intermembranraum in die Matrix durch das Thermogenin wird Waumlrme freigesetzt

A3 Erklaumlren Sie anhand von Abb 2 die Auswirkungen von Thermogenin auf den Protonengradienten und die ATP-BildungDie in dem Protonengradienten steckende Energie wird zur Waumlrmegewinnung genutzt und nicht zur ATP-Bildung So wird die ATP-Bildung gesenkt obwohl ener-giereiches Fett abgebaut wird Diese Energie wird in Form von Waumlrme frei

A4 Begruumlnden Sie die gute Durchblutung des braunen Fettgewebes und seine Lage im KoumlrperDie starke Durchblutung stellt die Sauerstoffversorgung sicher damit der Fettab-bau verstaumlrkt ablaufen kann So kann mehr Waumlrme freigesetzt werden Die Lage des braunen Fettgewebes am Ruumlcken und entlang der groszligen Blutgefaumlszlige ermoumlg-licht eine optimale Waumlrmeversorgung des gesamten Koumlrpers

68 Die Feinregulierung der Zellatmung findet uumlber die Glykolyse statt

A1 Beschreiben Sie die Untersuchungsergebnisse zur Phosphofructokinase aus Abb 2Dargestellt ist die Aktivitaumlt der Phosphofructokinase in Abhaumlngigkeit vom zuge-setzten ATP Nach der Zugabe von geringen Mengen ATP steigt die Aktivitaumlt der Phosphofructokinase zunaumlchst bis zu einem Maximum an Ab einer Konzentration von ca 025 mmol l ATP sinkt die Aktivitaumlt kontinuierlich ab Ab der Konzentration von ca 15 mmol l ATP veraumlndert sich die Aktivitaumlt des Enzyms nicht mehr

A2 Erklaumlren Sie die Ergebnisse mithilfe des in Abb 3 dargestellten ModellsDurch die Phosphofructokinase wird eine Phosphatgruppe von ATP auf Fructose- 6-phosphat uumlbertragen Dafuumlr bindet die PFK die Substrate Fructose-6-phosphat und ATP im aktiven Zentrum und katalysiert die beschriebene Reaktion Dies erklaumlrt den Anstieg der Kurve zu Beginn Die Phosphofructokinase hat eine zweite Bindungsstelle fuumlr ATP Lagert sich hier ein ATP-Molekuumll an veraumlndert die Phos-phofructokinase ihre Struktur so dass das Substrat Fructose-6-phosphat nicht mehr am aktiven Zentrum binden kann Je mehr ATP in der Loumlsung vorliegt desto mehr Enzymmolekuumlle werden auf diese Art allosterisch gehemmt Dies erklaumlrt das Absinken der Aktivitaumlt der Phosphofructokinase mit steigender ATP-Konzentration





A3 Erlaumlutern Sie warum die Feinregulierung der Zellatmung bereits in der Glykolyse erfolgt und nicht im CitratzyklusDie Glykolyse steht zu Beginn der abbauenden Stoffwechselwege Die Glykolyse wird durch sein sich anhaumlufendes Endprodukt ATP automatisch abgeschaltet und kommt bei dessen Mangel von selbst wieder in Gang Auf diese Weise werden auch die nachgeschalteten Teilprozesse des abbauenden Stoffwechsels reguliert

A4 Zeichnen Sie analog zu Abb 2 wie sich eine Versuchsreihe zur Abhaumlngigkeit der PFK-Aktivitaumlt in Abhaumlngigkeit von der ADP-Konzentration und ohne Zusatz von ADP und ATP entwickeln wuumlrde und begruumlnden Sie Ihre Skizze

01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt

Sauerstoff-Partialdruck (hPa)

ATP

ohne

ADP

Mit steigender ADP-Konzentration nimmt die Aktivitaumlt der Phosphofructokina-se zu da durch Bindung von ADP an die zusaumltzliche Bindungsstelle das Enzym aktiviert wird und so das Substrat Fructose-6-phosphat leichter im aktiven Zent-rum binden kann Mit steigender ADP-Konzentration steigt also auch die Aktivitaumlt Damit die Reaktion ablaufen kann muss auch ATP als Substrat vorliegen Ohne Zusaumltze bleibt die Umsatzrate konstant da keine hemmenden oder aktivierenden Einfluumlsse vorliegen




Stoffwechsel Stoff- und Energie um wandlung bei Pflanzen 7

7 Stoff- und Energie um wandlung bei Pflanzen

71 Die Fotosyntheseforschung basiert auf unterschiedlichen historischen Experimenten

A1 Formulieren Sie eine sinnvolle Fragestellung die Priestley in seinem histori-schen Kontext untersucht hatMoumlgliche Fragestellung Koumlnnen Pflanzen die verbrauchte Luft von Tieren erneuern

A2 Erklaumlren Sie die Beobachtungen von Priestley mit Ihrem heutigen WissenMan stellt eine brennende Kerze in eine luftdicht verschlossene Glasglocke Nach kurzer Zeit erlischt sie Steckt man eine Maus in eine luftdicht verschlossene Glas-glocke wird sie nach kurzer Zeit ohnmaumlchtig und stirbt Befindet sich in der Glas-glocke eine Pflanze mit vielen gruumlnen Blaumlttern so brennt die Kerze weiter bzw die Maus uumlberlebt Die Kerze bzw die Maus benoumltigen zum Verbrennen des Wachses bzw der Verwertung von Nahrung Sauerstoff Bei diesem Verbrennungsprozess bzw bei der Zellatmung wird Sauerstoff verbraucht und Kohlenstoffdioxid freige-setzt Dieses Kohlenstoffdioxid wird von der gruumlnen Pflanze in der Foto synthese mithilfe von Licht wieder in Biomasse umgesetzt Dabei wird elementarer Sauer-stoff frei der fuumlr die Zellatmung wieder zur Verfuumlgung steht

A3 Formulieren Sie die Fragestellung die Ingenhousz in seinen Experimenten untersucht hat und beschreiben Sie seine BeobachtungenIngenhousz hat in seinen Experimenten folgende Fragestellungen untersucht 1 Beeinflussen belichtete gruumlne Pflanzen das Abbrennen einer Kerze in einem geschlossenen Gefaumlszlig2 Hat das Licht einen Einfluss auf die Verbesserung der Luft3 Sind die gruumlnen Blaumltter einer Pflanze fuumlr die Luftverbesserung verantwortlich

A4 Erklaumlren Sie die Beobachtungen der einzelnen Experimente und fassen Sie die Ergebnisse zusammenDie Kerze brennt ab ohne dass die Flamme fruumlhzeitig erlischt weil das frei wer-dende Kohlenstoffdioxid von der Pflanze umgesetzt wird und der bei der Verbren-nung verbrauchte Sauerstoff durch die Fotosynthese der Pflanze nachgeliefert wird In Experiment 2 erlischt die Kerze weil fuumlr die Fotosynthese der Pflanze Licht benoumltigt wird Experiment 3 macht deutlich dass die gruumlnen Blaumltter der Pflanze fuumlr die Fotosynthese zustaumlndig sind nicht die unterirdischen Pflanzenteile wie z B die Kartoffeknolle Zusammenfassend kann man sagen dass die gruumlnen Teile einer Pflanze unter Lichteinfluss Sauerstoff bilden

73 Die Blaumltter des Oleander sind an einen trockenen Lebensraum angepasst

A1 Benennen Sie die mit den Buchstaben a bis g gekennzeichneten Strukturen des Blattquerschnitts in Abb 1a Kuticulab obere Epidermisc Palisadengewebed Schwammgewebee Schlieszligzellen der Spaltoumlffnungf untere Epidermisg Kutikula





A2 Vergleichen Sie den Blattaufbau des Oleanders mit dem eines typischen Laubblatts einer Buche (OthinspAbb 4 auf S 129 im Schuumllerbuch)Der Grundaufbau ist bei beiden Blatttypen gleich Im Unterschied zum typischen Laubblatt zeigt das Blatt des Oleanders eine dickere Kutikula ein mehrschichtiges Palisadengewebe ein breiteres Schwammgewebe und eingesenkte Spaltoumlffnun-gen Zudem finden sich in den Senken der Spaltoumlffnungen Haare

A3 Erklaumlren Sie anhand von Abb 2 a und b warum Pflanzen bei Wind eine houmlhere Verdunstungsrate aufweisenBei Windstille herrscht dicht an einer nicht eingesenkten Spaltoumlffnung eine weitgehend mit Wasserdampf gesaumlttigte Zone Daher wird uumlber die Spaltoumlffnung relativ wenig Wasser abgegeben Wird die Luft durch Wind bewegt ist die Feuch-tigkeit bereits in naumlchster Naumlhe der Spaltoumlffnung deutlich niedriger und es wird folglich deutlich mehr Wasser transpiriert

A4 Erklaumlren Sie die speziellen Angepasstheiten des Oleanders an die Wasser-versorgung Nutzen Sie dazu sowohl Abb 1 als auch Abb 2 c Der Blattaufbau des Oleanders ist typisch fuumlr eine Trockenpflanze (Xerophyt) Um die spezialisierten Spaltoumlffnungen wird durch Einsenkung und Behaarung ein mit Wasserdampf weitgehend gesaumlttigter Raum geschaffen Folglich wird auch bei bewegter Luft wenig Wasser durch Transpiration abgegeben

74 Die Blaumltter in der Baumkrone eines Laubbaums koumlnnen unterschiedlich aufgebaut sein

A1 Beschreiben Sie die anatomischen Unterschiede der Blaumltter in Abb 1 und ordnen Sie zu in welchen Bereichen der Baumkrone die Blaumltter mit den dargestell-ten Querschnitten lokalisiert sindDie Blaumltter unterscheiden sich in Staumlrke und Aufbau ihres fotosynthetisch aktiven Gewebes Blatt a besitzt im Vergleich zu Blatt b ein mehrschichtiges Palisaden-gewebe und hat demzufolge eine groumlszligere Blattdicke Blatt c weist kein Palisaden-gewebe auf nur das Schwammgewebe ist fotosynthetisch aktiv die Blattdicke ist folglich geringer Blatt a befindet sich im oberen Bereich der Krone wo es dem Licht unmittelbar ausgesetzt ist Man koumlnnte es als Lichtblatt bezeichnen Bei vol-lem Sonnenlicht durchdringt das Licht auch das mehrschichtige Palisadengewebe und ermoumlglicht in der oberen Baumkrone eine hohe Fotosyntheserate Blatt b befindet sich im mittleren und Blatt c im unteren Kronenbereich Die Baum krone wird nach unten hin immer weniger mit Licht durchflutet daher werden die Blaumltter duumlnner und das fotosynthetisch aktive Gewebe weniger Tiefer im Blatt liegende Zellschichten koumlnnen vom Licht nicht mehr erreicht werden Blatt c ist deshalb als Schattenblatt sehr duumlnn

A2 Beschreiben Sie die Kurvenverlaumlufe in Abb 2 und vergleichen Sie diese miteinanderDargestellt ist die Fotosyntheseleistung von zwei unterschiedlichen Blaumlttern in Abhaumlngigkeit von der Beleuchtungsstaumlrke Die Fotosyntheseleistung wird uumlber die Sauerstoffbilanz angegeben die Lichtkompensationspunkte sind markiert Fuumlr beide Blaumltter steigt die Fotosyntheseleistung mit zunehmender Lichtintensitaumlt Fuumlr Blatt 1 ist bei geringen Beleuchtungsstaumlrken der Sauerstoffverbrauch houmlher als fuumlr Blatt 2 der Lichtkompensationspunkt wird erst bei einer houmlheren Beleuch-tungsstaumlrke erreicht Blatt 2 kann bereits bei geringeren Beleuchtungsstaumlrken eine positive Fotosynthesebilanz erzielen Dafuumlr steigt die Fotosyntheseleistung fuumlr Blatt 2 deutlich geringer als fuumlr Blatt 1 Bei hohen Beleuchtungsstaumlrken kann Blatt 1 eine groumlszligere Fotosyntheseleistung erzielen als Blatt 2 der Anstieg ist groumlszliger





A3 Erklaumlren Sie was man unter dem Begriff Lichtkompensationspunkt versteht und welche Ruumlckschluumlsse man aus der Lage des Lichtkompensationspunktes zie-hen kannDer Lichtkompensationspunkt beschreibt die Lichtintensitaumlt bei der die Fotosyn-theserate den Sauerstoffverbrauch der Zellatmung ausgleicht Liegt der Lichtkom-pensationspunkt bei einer houmlheren Lichtintensitaumlt benoumltigt das Blatt deutlich mehr Licht fuumlr eine positive Sauerstoffbilanz Der Lichtkompensationspunkt ist ein Maszlig fuumlr die Produktivitaumlt des Blattes bei verschiedenen Lichtintensitaumlten

A4 Die Kurve 1 kann dem Blatt mit dem Querschnitt a und die Kurve 2 dem Blatt c zugeordnet werden Erlaumlutern Sie die Vorteile der gezeigten anatomischen AngepasstheitenBlatt a ist bei hohen Lichtintensitaumlten viel produktiver als Blatt c es erreicht die Lichtsaumlttigung erst bei wesentlich houmlheren Lichtintensitaumlten Blatt c erreicht den Lichtkompensationspunkt bei einer niedrigeren Lichtintensitaumlt es kommt also mit deutlich weniger Licht aus Andererseits erreicht die Fotosyntheserate schon bei relativ niedrigen Lichtintensitaumlten den Saumlttigungsbereich Blatt a ist als Sonnen-blatt an die groszligen Lichtintensitaumlten im oberen Bereich der Baumkrone ange-passt Blatt c als Schattenblatt an die niedrigen Lichtintensitaumlten in den unteren Baumkronenbereichen Auf diese Weise wird sichergestellt dass in allen Bereichen eine optimale Lichtausbeute erfolgt

A5 Zeichnen Sie in Abb 2 eine dritte Kurve ein die die Fotosyntheseleistung von Blatt b anzeigt und begruumlnden Sie Verlauf und Lage der von Ihnen eingezeich-neten Kurve

0Beleuchtungsstaumlrke

K=Lichtkompensationspunkte

1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3

Blatt b liegt im anatomischen Bau zwischen dem Sonnenblatt a und dem Schat-tenblatt c Also muumlsste die Fotosyntheseleistung auch zwischen diesen beiden Blaumlttern liegen

74 Die Fotosyntheseleistung wird von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst

A1 Beschreiben Sie das experimentelle Vorgehen zu Versuch 1Unter einer Assimilationsglocke wird der bei der Fotosynthese frei werdende Sauerstoff einer Wasserpflanze aufgefangen und das Sauerstoffvolumen pro Zeit bestimmt Durch Veraumlnderung jeweils nur eines Faktors kann die Abhaumlngigkeit der Fotosyntheserate von diesem Faktor bestimmt werden Es ist zwingend darauf zu achten dass alle anderen Faktoren konstant gehalten werden um aussagekraumlftige Ergebnisse zu erhalten In Versuch 1 wird die Abhaumlngigkeit der Fotosyntheserate von der Lichtintensitaumlt untersucht Dabei wird dieselbe Pflanze bei sonst kons-tanten Bedingungen mit unterschiedlichen Lichtintensitaumlten bestrahlt und die Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit gemessen





A2 Formulieren Sie fuumlr die Versuche 2 und 3 die untersuchten FragestellungenVersuch 2 Wie beeinflusst die Temperatur bei Starklicht und Schwachlicht die FotosyntheserateVersuch 3 Wie beeinflusst der Kohlenstoffdioxidgehalt bei Starklicht und Schwachlicht die Fotosyntheserate

A3 Werten Sie die Ergebnisse der drei Versuchsreihen aus und fassen Sie diese sinnvoll zusammenVersuch 1 zeigt die Abhaumlngigkeit der Fotosyntheserate von der Lichtintensitaumlt Mit steigender Lichtintensitaumlt steigt auch die Fotosyntheserate Nach einem zunaumlchst linearen Anstieg flacht diese langsam ab bis ein Saumlttigungswert erreicht wird Ab diesem Punkt kann mit steigender Lichtintensitaumlt keine Steigerung der Fotosyn-theserate mehr erreicht werden Der Lichtsaumlttigungswert ist erreicht In Versuch 2 wird die Abhaumlngigkeit der Fotosyntheserate von der Temperatur bei Starklicht und bei Schwachlicht untersucht Ab dem Temperaturminimum steigt die Fotosyntheserate in beiden Faumlllen an Bei Starklicht wird bei etwa 35 degC das Temperaturoptimum erreicht die Fotosyntheserate ist auf dem Maximum Da-nach faumlllt die Fotosyntheserate rasch bis zum Temperaturmaximum von 45 degC Die Fotosyntheserate wird also vom Faktor Temperatur begrenzt Bei Schwachlicht wird das Temperaturoptimum nicht erreicht die Fotosyntheserate wird vom Faktor Licht begrenzt In Versuch 3 wird die Abhaumlngigkeit der Fotosyntheserate vom Kohlenstoffdioxid-gehalt bei Starklicht und bei Schwachlicht untersucht In beiden Faumlllen ergibt sich nach einem zunaumlchst linearen Anstieg eine Saumlttigungskurve Diese unterscheiden sich jedoch in ihrem Saumlttigungswert Bei Starklicht wird der Saumlttigungswert bei einer CO2-Konzentration von ca 01 Vol erreicht die Kohlenstoffdioxidkonzent-ration wirkt als begrenzender Faktor Bei Schwachlicht liegt der Saumlttigungswert deutlich unter dem bei Starklicht und wird bereits bei einer CO2-Konzentration von ca 005 Vol erreicht Hier wirkt der Faktor Licht als begrenzender Faktor Die Fotosyntheserate haumlngt von den aumluszligeren Faktoren Licht Temperatur und Kohlen-stoffdioxidgehalt ab Der Faktor der weiter vom Optimum entfernt ist begrenzt die Fotosyntheserate

A4 Erlaumlutern Sie folgende Aussage bdquoDie Fotosyntheserate einer Pflanze wird immer von dem Faktor begrenzt der am weitesten vom Optimum entfernt istldquoDie Fotosyntheserate wird durch die aumluszligeren Faktoren Licht Wasser Temperatur und Kohlenstoffdioxid beeinflusst Alle Faktoren wirken zusammen wobei der am weitesten vom Optimum entfernte Faktor die Fotosyntheserate am staumlrksten begrenzt Trotz optimaler Licht- Wasser- und Temperaturverhaumlltnisse kann die Fotosyntheserate einer Pflanze gering sein wenn der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft als begrenzender Faktor zu gering ist

78 Der Stoffwechsel der Wuumlstenflechte ist an den Lebensraum angepasst

A1 a Beschreiben Sie den Aufbau einer FlechteNach auszligen ist die Flechte von der oberen und unteren Rinde begrenzt dem sog Pseudoparenchym Dieses wird von dem Pilz gebildet Unter der oberen Rinde befindet sich die Algenschicht Zwischen der Algenschicht und der unteren Rinde befindet sich noch die Markschicht Das auch als Plectenchym bezeichnete Gewe-be wird von den Pilzfaumlden gebildetb Benennen Sie den Teil der Flechte in dem die Fotosynthese stattfindetDer fotosynthetisch aktive Bereich der Flechte wird von den Algen mit Chlorophyll gebildetc Geben Sie die Funktion der Markschicht anDie Markschicht dient der raschen Aufnahme von Wasser





A2 Fuumlllen Sie die Tabelle in Abb 3 mithilfe der Abb 4

Phase I Phase II Phase III Phase IV

Tageszeit 2200 ndash 0600 0600 ndash 0800 0800 ndash 1100 1100 ndash 2200

Lichtverhaumlltnisse dunkel zunehmend hell hell zum Ende ab-nehmend

Temperatur von 20 degC an sinkend ab 0500 leicht steigend

steigend von 15 degC auf 25 degC

steigend bis uumlber 30 degC

uumlber 30 degC ab 1600 sinkend

Wassergehalt der Flechte

steigend von 25 auf ca 60

schnell sinkend auf ca 10

niedrig bei ca 10 niedrig ab 1900 an-steigend bis auf 25

A3 Beschreiben und deuten Sie phasenweise den CO2-Gaswechsel der Wuumlsten-flechte in Abb 4 b Uumlberlegen Sie welcher Stoffwechselprozess jeweils der domi-nierende ist und geben Sie jeweils die Reaktionsgleichung anIn Phase I von 2200 bis 0600 ist die CO2-Bilanz negativ d h die Flechte gibt CO2 ab Der Pilz betreibt mit den von der Alge hergestellten Kohlenhydraten Zellat-mungC6H12O6 + 6 O2 thinsp6 CO2 + 6 H2OIn Phase II aumlndert sich die CO2-Bilanz langsam Ab 0630 ist sie im positiven Be-reich und steigt bis zum Ende der Phase steil an Der Anstieg ist auf die mit der Helligkeit beginnenden Fotosynthese der Algen zu erklaumlren

6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Um ca 0630 ist der Kompensationspunkt erreicht und die Fotosynthese uumlbersteigt die Zellatmung In Phase III ab 0800 faumlllt die CO2-Bilanz stark ab erreicht um 1000 den Kompensationspunkt faumlllt dann noch kurz weiter bis sie ab 1100 auf dem Wert Null stagniert Wegen der hohen Temperatur und dem damit verbundenen Wasserverlust der Flechte kommen beide Stoffwechselprozesse zum Erliegen Dabei endet die Fotosynthese vor der Zellatmung In Phase IV ist der Stoffwechsel der Flechte auf ein Minimum reduziert bis wieder genuumlgend Feuchtigkeit aufge-nommen werden kann

Licht

Chlorophyll




Stoffwechsel Fotosynthese mdash Solar energie fuumlr das Leben 8

8 Fotosynthese mdash Solar energie fuumlr das Leben

82 Die Wellenlaumlnge des Lichts bestimmt die Fotosyntheserate

A1 Erklaumlren Sie das Ergebnis von Versuch 1Der abgedeckte Teil des Blattes konnte nicht vom Licht erreicht werden und es konnte somit keine Fotosynthese stattfinden Infolgedessen wurde keine Staumlrke gebildet und somit bleibt in diesem Bereich die Blaufaumlrbung aus Im belichteten Teil des Blattes wurde Staumlrke nachgewiesen

A2 Erklaumlren Sie was Sie erwarten wenn sich das Blatt waumlhrend des Versuchs 1 in einer kohlenstoffdioxidfreien Umgebung befindetIn einer kohlenstoffdioxidfreien Umgebung koumlnnte auch im belichteten Teil des Blattes keine Staumlrke nachgewiesen werden da das fuumlr die Fotosynthese notwendi-ge Kohlenstoffdioxid fehlt

A3 Vergleichen Sie das Ergebnis aus Versuch 2 mit den Ergebnissen aus Abb 1 auf S 144 im SchuumllerbuchMit Abbildung 1 auf S 144 wird deutlich dass gruumlne Pflanzen fuumlr die Fotosynthese vorrangig rotes und blaues Licht nutzen Bei gruumlnem Licht ist die Fotosyntheserate sehr gering Zunaumlchst erscheint es so dass der hier durchgefuumlhrte Versuch dem Er-gebnis von Engelmann widerspricht da in beiden Reagenzglaumlsern dieselbe Menge an Sauerstoff aufgefangen wurde Dieser Vergleich ist jedoch nicht zulaumlssig da in den beiden Ansaumltzen nicht die gleiche Menge an Wasserpest verwendet wurde

A4 Nennen Sie moumlgliche experimentelle Fehler die zu diesem unerwarteten Ergebnis gefuumlhrt haben koumlnnenUm aussagekraumlftige vergleichbare Ergebnisse zu erhalten darf immer nur ein Faktor veraumlndert werden waumlhrend alle anderen konstant bleiben Dies wurde hier nicht beachtet da zwei Faktoren (Lichtqualitaumlt und Pflanzenmenge) veraumlndert wurden

A5 Planen Sie geeignete Experimente um die Ergebnisse aus Abb 1 auf S 144 im Schuumllerbuch zu bestaumltigenDer gezeigte Versuchsaufbau kann beibehalten werden wobei immer dieselbe Menge an Pflanzenmaterial eingesetzt werden muss Dann kann der Ansatz mit Licht bestrahlt werden und die Sauerstoffbildung pro Zeit bestimmt werden Es ist darauf zu achten dass alle anderen Faktoren (Temperatur CO2-Gehalt Lichtinten-sitaumlt) konstant gehalten werden

82 Die Pigmentausstattung von fotosynthetisch aktiven Organismen kann unterschiedlich sein

A1 Vergleichen Sie anhand von Abb 3 die Pigmentausstattung von Gruumln- und RotalgenDie Gruumlnalgen besitzen die Chlorophylle a und b Ihre Absorptionsmaxima liegen im roten und blauen Bereich Es bleibt eine Gruumlnluumlcke In diesem Spektralbereich von ca 490 bis 620 nm findet nur eine sehr geringfuumlgige Absorption statt Die Rotalgen besitzen auszliger Chlorophyll a keine weiteren Chlorophylle Zusaumltzlich ver-fuumlgen sie jedoch uumlber Phycocyanin und Phycoerythrin mit mehreren relativ hohen Absorptionsmaxima zwischen 500 nm und 590 nm (PE) sowie zwischen 560 nm und 620 nm (PC) Damit sind sie in der Lage im gesamten Spektralbereich mit Ausnahme eines sehr kleinen Bereichs um 460 nm nennenswert zu absorbieren





A2 Erlaumlutern Sie anhand von Abb 3 zu welchen Ergebnissen man kommt wenn man den Versuch aus Abb 1 auf S 144 im Schuumllerbuch mit Rotalgen durch-fuumlhrtEs werden sich drei Zonen mit sauerstoffliebenden Bakterien bilden da uumlber Chlorophyll a im blauen und roten Spektralbereich absorbiert wird und uumlber Phy-cocyanin und Phycoerythrin im gruumln-gelben Spektralbereich zwischen 500 nm und 620 nm absorbiert wird

A3 Beschreiben Sie die Lichtverhaumlltnisse in unterschiedlichen Meerestiefen anhand von Abb 1 und 2Die Lichtqualitaumlt veraumlndert sich mit zunehmender Meerestiefe Nahe der Was-seroberflaumlche enthaumllt das Spektrum des eindringenden Lichts noch Licht der Wel-lenlaumlngen von etwa 380 nm bis 750 nm Bereits in geringen Wassertiefen tritt kein rotes Licht mehr auf Mit zunehmender Wassertiefe wird der Wellenlaumlngenbereich des eindringenden Lichts zunehmend verengt sodass in 250 m Tiefe nur noch ein schmales Band im Wellenlaumlngenbereich von etwa 460 ndash 530 nm verbleibt

A4 Begruumlnden Sie das Auftreten von Rotalgen in den tieferen Regionen von GewaumlssernIn tiefes Wasser dringt ausschlieszliglich Licht des Wellenlaumlngenbereichs von 460 bis 530 nm vor Dieses Licht liegt im Absorptionsbereich der Rotalgenpigmente (PE und PC) Daher koumlnnen diese Algen Fotosynthese betreiben und somit auch in die-sen groszligen Tiefen vorkommen Die Pigmentausstattung stellt eine Angepasstheit an den Lebensraum dar

A5 Erklaumlren Sie warum Rotalgen im Restlicht von Gruumlnalgen wachsen koumlnnenDie Gruumlnalge absorbiert rotes und blaues Licht gruumlnes und gelbes Licht wird transmittiert Dieses kann von Rotalgen zur Fotosynthese genutzt werden

83 Bei der Lichtabsorption werden Pigmentmolekuumlle angeregt

A1 Erklaumlren Sie das Auftreten der roten Fluoreszenz in Abb 1Durch die Absorption von blauem Licht wird ein Elektron des Chlorophylls auf den Anregungszustand S2 angehoben Dieser ist sehr kurzlebig und das Elektron faumlllt rasch auf den Anregungszustand S1 zuruumlck die Energiedifferenz wird in Form von Waumlrme abgegeben Der Anregungszustand S1 entspricht dem Energiegehalt von rotem Licht Wird das Elektron vom S1-Zustand nicht fotosynthetisch genutzt indem es auf einen Akzeptor uumlbertragen wird kann es in den Grundzustand zu-ruumlckfallen Die Energiedifferenz wird in Form von rotem Licht abgegeben das als Fluoreszenz sichtbar wird

A2 Vergleichen Sie die Energieausbeute bei der Absorption von blauem und rotem Licht und eroumlrtern Sie ob das energiereichere blaue Licht der Pflanze einen direkten Vorteil bei der Fotosynthese bringtFuumlr die Pflanze ergibt sich fuumlr die Energieausbeute bei der Fotosynthese kein Unterschied ob energiereiches blaues oder energieaumlrmeres rotes Licht absorbiert wird da die Elektronenuumlbertragung auf einen Akzeptor vom Anregungszustand S1 erfolgt




Autorinnen und Autoren Karin Grunewald Holger Knerich Ralf KuumlttnerGrafik vasp datatecture GmbH Zuumlrich Andrea Ulrich decience Luzern



84 Die lichtabhaumlngigen Reaktionen finden in den Thylakoiden statt

A1 Beschriften Sie den Chloroplasten in Abb 1

Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma

ThylakoideGranastapel

Thylakoid-Membran

innere und aumluszligereChloroplastenmembran

A2 Formulieren Sie eine moumlgliche Fragestellung die die Forscher in Abb 2 untersucht habenMoumlgliche FragestellungenWelche Substanzen werden in der Fotosynthese mithilfe von Licht oder ohne Licht gebildet Wo finden die lichtabhaumlngigen bzw lichtunabhaumlngigen Reaktionen statt

A3 Pruumlfen Sie ob die Bedingungen fuumlr die jeweilige Teilreaktion erfuumlllt sind und geben Sie die moumlglichen Produkte der Ansaumltze 2 ndash 5 an

84 Das Chlorophyllmolekuumll ist ein lichtgetriebener Elektronentransporter

A1 Erlaumlutern Sie warum der Stoff Methylrot geeignet ist um das Verhalten von Chlorophyll zu untersuchenMethylrot ist ein Farbstoff der im oxidierten Zustand rot aussieht und durch Auf-nahme eines Elektrons reduziert wird und nun farblos erscheint Vom Methylrot ist bekannt dass es vom Chlorophyll Elektronen erhalten kann

A2 Erklaumlren Sie die Notwendigkeit der Versuchsansaumltze 1 und 2 in Abb 2Versuchsansaumltze 1 und 2 sind Kontrollansaumltze die zeigen dass Methylrot vom Licht nicht von der belichteten Ascorbinsaumlure reduziert wird

Ansatz Versuchsbedingungen erwartete Produktelichtabhaumlngige Reaktion

lichtunabhaumlngige Reaktion

1

2

3

4

5

vollstaumlndige isolierte Chloroplasten

LichtH2OCO2

LichtH2OCO2ADP+P NADP+

CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2

aufgebrocheneChloroplasten Stroma ausgelaufen

Enzyme aus dem Stroma und auf-gebrochene Chloroplasten

Enzyme aus dem Stroma und Produkte der lichtabhaumlngigen Reaktionen


+

+

+

+

+

ja ja O2 viel Glucose

ja nein O2

nein nein keine

nein ja viel Glucose






A3 Deuten Sie die Versuchsbeobachtungen aus Abb 2 unter Beruumlcksichtigung der unterschiedlichen Bereitschaft der beteiligten Molekuumlle Elektronen abzuge-ben Tragen Sie dazu in Abb 1 das Chlorophyllmolekuumll im angeregten Zustand (Chl) und im oxidierten Zustand (Chlox) ein Geben Sie anschlieszligend die Elektro-nenuumlbertragung durch Pfeile an Ergaumlnzen Sie das Schema durch Hinweise auf den Einfluss des Lichts und machen Sie die Veraumlnderung am Methylrot deutlich

hoch

Elektronenuumlbertragungpotential

niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash

Das durch Licht angeregte Chlorophyll hat ein hohes Elektronenuumlbertragungspo-tenzial und gibt ein Elektron an Methylrot in seiner roten (oxidierten) Form ab welches reduziert wird und sich dabei in die farblose Form umwandelt Durch die Elektronenabgabe wird das Chlorophyll oxidiert und das Elektronenuumlbertra-gungspotenzial sinkt Die entstandene Elektronenluumlcke am Chlorophyll kann durch Elektronen aus der Ascorbinsaumlure wieder gefuumlllt werden da die Ascorbinsaumlure ein houmlheres Elektronenuumlbertragungspotenzial als das oxidierte Chlorophyll hat Das Chlorophyll kann nun erneut durch Licht angeregt werden und erneut ein Elektron abgeben Auf diese Weise werden nach und nach Elektronen von der Ascorbinsaumlu-re auf das Methylrot uumlbertragen was zur Entfaumlrbung fuumlhrt Das Chlorophyll nimmt hier die Rolle des Elektronentransporters ein der durch Licht angetrieben wird

A4 Erlaumlutern Sie die Rolle der Ascorbinsaumlure im ModellexperimentDie Ascorbinsaumlure ist der Elektronendonator Sie kann die durch Elektronenabga-be am Chlorophyll entstandene Elektronenluumlcke wieder auffuumlllen sodass dieses erneut angeregt werden kann

A5 Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit dem Z-Schema der Fotosynthese in Abb 2 auf S 147 im Schuumllerbuch und nennen Sie die Analogien in Fotosystem I und IIMit dem Modellexperiment kann der lichtabhaumlngige Elektronentransport veran-schaulicht werden Wie im Modell aumlndert sich auch im Z-Schema das Elektronen-uumlbertragungspotenzial des Chlorophylls Im Fotosystem II ist Wasser anstatt Ascorbinsaumlure der Elektronendonator und Plastochinon statt Methylrot der Elekt-ronenakzeptor Im Fotosystem I ist Plastocyanin anstatt Ascorbinsaumlure der Elektro-nendonator und Ferredoxin bzw NADP+ statt Methylrot der Elektronenakzeptor In beiden Faumlllen ist Chlorophyll der lichtgetriebene Elektronentransporter Im Z-Sche-ma wird deutlich dass letztlich die Elektronen aus der Wasserspaltung mithilfe der beiden Fotosysteme und den Elektronentransportketten auf den Akzeptor NADP+ uumlbertragen werden





84 Gruumlne Schwefelbakterien leben fotoautotroph

A1 Formulieren Sie die Fotosynthesegleichung fuumlr die Gruumlnen Schwefelbak-terien

6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O

A2 Vergleichen Sie die Fotoreaktionen der Gruumlnen Schwefelbakterien mit de-nen gruumlner PflanzenIn beiden Faumlllen erfolgt eine Elektronenuumlbertragung von einem Donator auf einen Akzeptor mithilfe von Chlorophyll welches durch Licht angeregt wird Die Chlo-rophylle unterscheiden sich jedoch Da die Schwefelbakterien anoxygen leben verwenden sie Schwefelwasserstoff und nicht Wasser als Elektronendonator Folglich entsteht bei der Spaltung nicht Sauerstoff sondern Schwefel Als Akzeptor dient den Schwefelbakterien NAD+ und nicht NADP+ Die Bakterien arbeiten nur mit einem Fotosystem

A3 Die Gruumlnen Schwefelbakterien betreiben ihre anoxygene Fotosynthese mit nur einem Fotosystem Erlaumlutern Sie anhand von Abb 2 warum das moumlglich istMithilfe des Fotosystems werden die Elektronen vom Donator auf den Akzeptor uumlbertragen Das Fotosystem P-840 reicht aus um die Elektronen zu uumlbertragen Im angeregten Zustand koumlnnen Elektronen an den Akzeptor NAD+ abgegeben werden und im oxidierten Zustand koumlnnen Elektronen aus der Schwefelwasserstoffspal-tung aufgenommen werden

85 Lichtabhaumlngige und lichtunabhaumlngige Reaktionen wirken zusammen

A1 Beschriften Sie das Schema in Abbildung 1 Verwenden Sie dabei die folgen-den Begriffe Fotosystem I Fotosystem II Fotolyse des Wassers nichtzyklischer Elektronen-transport zyklischer Elektronentransport P680 P680 P700 P700 ADP ATP NADP+ NADPH + H+ Fixierung von CO2 Regeneration des CO2-Akzeptors Reduktion GlucosebildungLoumlsung s naumlchste Seite

Licht

Chlorophyll




Autorinnen und Autoren Karin Grunewald Holger Knerich Ralf KuumlttnerGrafik Andrea Ulrich decience Luzern 42

Loumlsungen zu Markl Biologie OberstufeISBN 978-3-12-150052-9


A2 Nennen Sie alle Stoffe die von den lichtabhaumlngigen Reaktionen zu den lichtunabhaumlngigen Reaktionen transportiert werden und umgekehrtlichtabhaumlngige Reaktionen zu den lichtunabhaumlngigen ReaktionenNADPH + H+ ATPlichtunabhaumlngige Reaktionen zu den lichtabhaumlngigen ReaktionenNADP+ ADP P

A3 Erklaumlren Sie die Begriffe lichtabhaumlngige und lichtunabhaumlngige Reaktionen der Fotosynthese und erlaumlutern Sie anhand von Abb 1 wie beide Vorgaumlnge mitein-ander verknuumlpft sindIn den lichtabhaumlngigen Reaktionen wird die Energie aus der Sonne in den ener-giereichen Produkten NADPH + H+ und ATP gespeichert Diese werden dann in den lichtunabhaumlngigen Reaktionen eingesetzt um aus den energiearmen Ausgangs-stoffen Kohlenstoffdioxid und Wasser die energiereiche Glucose zu synthetisieren

Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2

nichtzyklischer Elektronentransport

P700

P680

P680

P700

zyklischer Elektronentransport

Fotosystem II

lichtabhaumlngige Reaktionen lichtunabhaumlngige Reaktionen

Fotolyse des Wassers

Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP





14 Kohlenhydrate haben aumlhnliche Strukturen und verschiedene Funktionen

A1 Nennen Sie je ein Mono- ein Di- und ein Polysaccharid und geben Sie des-sen Bedeutung fuumlr Lebewesen an Ordnen Sie jeweils die Begriffe Baustoff bzw Betriebsstoff zu z BMonosaccharid Glucose OthinspProdukt der Fotosynthese Energielieferant OthinspBetriebs-stoffDisaccharid Saccharose OthinspEnergielieferant OthinspBetriebsstoffPolysaccharid Chitin OthinspHauptbestandteil von Insektenpanzern OthinspBaustoff

A2 Kohlenhydrat-Molekuumlle koumlnnen vielgestaltig sein Vergleichen Sie die Mo-nosaccharid-Molekuumlle in Abb 1 Markieren Sie die Gemeinsamkeiten An diesen Merkmalen koumlnnen Sie die meisten Kohlenhydrat-Molekuumlle erkennen Beschrei-ben Sie kurz die markierten Merkmale Die abgebildeten Kohlenhydrat-Molekuumlle sind alle ringfoumlrmig Der Ring enthaumllt neben Kohlenstoff- auch ein Sauerstoffatom An den meisten C-Atomen binden H-Atome und OH-Gruppen

A3 Die widerstandsfaumlhige Zellwand von Bakterien besteht aus komplexen Makromolekuumllen dem Murein Beschreiben Sie den Aufbau der Bakterienzellwand mithilfe der Abb 2Murein-Molekuumlle bilden netzartige Strukturen Lange Faumlden von Polysaccharid- Molekuumllen werden durch kurze Ketten von Aminosaumluren verbunden Jeder fuumlnfte Baustein traumlgt eine Kette von vier Aminosaumluren Zwischen den Aminosaumluren Lysin (Lys) und Alanin (Ala) benachbarter Polysaccharid-Molekuumlle besteht eine chemi-sche Bindung die fuumlr den Zusammenhalt der beiden Polysaccharid-Molekuumlle sorgt

15 In der DNA sind Informationen gespeichert

A1 Die Bestandteile eines DNA-Molekuumlls sind in Abb 1 unterschiedlich gefaumlrbt Ordnen Sie die Farben den Bestandteilen so genau wie moumlglich zu grau ndash Desoxyribose hellblau ndash Phosphatrest dunkelblau gruumln ndash organisches Basenpaar z B Adenin Thymin rot gelb ndash organisches Basenpaar z B Guanin Cytosin

A2 Im Brief an seinen Sohn verwendet Crick die Worte bdquoCodeldquo und bdquogrundle-genden Kopiermechanismusldquo Erklaumlren Sie was er damit gemeint hat Die Abfolge der organischen Basen im DNA-Molekuumll kann als bdquoCodeldquo bezeichnet werden Die Beobachtung dass im DNA-Molekuumll Adenin nur mit Thymin und Gua-nin nur mit Cytosin gepaart werden kann als bdquogrundlegender Kopiermechanismusldquo bezeichnet werden

A3 Werden DNA-Molekuumlle erhitzt spaltet sich der Doppelstrang zwischen den organischen Basen in zwei Einzelstraumlnge Diese Aufspaltung von DNA-Molekuumllen in Einzelstraumlnge ist die Grundlage einiger wichtiger Verfahren der modernen Gentechnik Die Temperatur bei der sich die Haumllfte der DNA-Molekuumlle einer Probe von einem Organismus in Einzelstraumlnge getrennt hat wird etwas irrefuumlhrend als bdquoSchmelzpunktldquo dieser DNA bezeichnet DNA-Molekuumlle mit einem niedrigen Gehalt an Adenin und Thymin haben einen houmlheren bdquoSchmelzpunktldquo als DNA-Molekuumlle mit einem hohen Gehalt der beiden Basen Begruumlnden Sie das Zum Spalten der DNA muumlssen die Wasserstoffbruumlcken zwischen den organischen Basenpaaren A-T und C-G getrennt werden Dafuumlr ist Energie notwendigZwischen A und T existieren nur zwei Wasserstoffbruumlcken zwischen G und C aber drei Das bedeutet dass DNA mit einem hohen Anteil des Basenpaares G-C und damit einem geringeren Anteil A-T einen houmlheren bdquoSchmelzpunktldquo hat weil mehr Wasserstoffbruumlcken aufgespalten werden muumlssen










Glycerinrest



CH2

C

O

O

CH2

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

CH2

CH2

H2C

CH3

H2C

HC

HC

HC

HC

C

C

O

O

CH2

CH2

H2C

H

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH3

H2C

H2C

C

O

O

H2C

H2CCH2

H2CCH2

H2CCH2

H2C

H2C

H2CCH2

H3CCH2

CH

CH

CH

CH

CH2

C

O

O

C

C

O

O

CH2

CH2

H2C

H

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH3

H2C

CH2

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH3

H2C

H2C

O

CO

CH2

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH3

H2C































vorhanden

































DNA wird verdoppelt














Chromosom


















































1 3 42

ATP

-Pro

duk

tion

Zeit (h)









10

20

30

40

50

210


Carcinus maenas

























































2

0

4

6

8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

dig

keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP










Glycerinrest



CH2

C

O

O

CH2

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

CH2

CH2

H2C

CH3

H2C

HC

HC

HC

HC

C

C

O

O

CH2

CH2

H2C

H

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH3

H2C

H2C

C

O

O

H2C

H2CCH2

H2CCH2

H2CCH2

H2C

H2C

H2CCH2

H3CCH2

CH

CH

CH

CH

CH2

C

O

O

C

C

O

O

CH2

CH2

H2C

H

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH3

H2C

CH2

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH3

H2C

H2C

O

CO

CH2

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH3

H2C































vorhanden

































DNA wird verdoppelt














Chromosom


















































1 3 42

ATP

-Pro

duk

tion

Zeit (h)









10

20

30

40

50

210


Carcinus maenas

























































2

0

4

6

8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

dig

keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP































vorhanden

































DNA wird verdoppelt














Chromosom


















































1 3 42

ATP

-Pro

duk

tion

Zeit (h)









10

20

30

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Carcinus maenas

























































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Rea

ktio

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mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

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PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

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O2-

Bild

ung

O2-

Verb

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K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

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+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


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Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

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6 CO2

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Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

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Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP

























vorhanden

































DNA wird verdoppelt














Chromosom


















































1 3 42

ATP

-Pro

duk

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Zeit (h)









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Carcinus maenas

























































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Rea

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mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

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Cytoplasma

Ort

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PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































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Blatt b

K1

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Bild

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O2-

Verb

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K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

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endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

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6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP










vorhanden

































DNA wird verdoppelt














Chromosom


















































1 3 42

ATP

-Pro

duk

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Carcinus maenas

























































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mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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Cytoplasma

Ort

2

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PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

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2

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Bild

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O2-

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K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

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Plastochinon

Ferredoxin

O2


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Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP
























DNA wird verdoppelt














Chromosom


















































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ATP

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mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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Cytoplasma

Ort

2

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PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

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2

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Bild

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6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

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+

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nein nein keine








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Chlox Licht

Methylrot(rot)

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

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Lichtenergie

2 H+

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Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

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Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP











DNA wird verdoppelt














Chromosom


















































1 3 42

ATP

-Pro

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mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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Cytoplasma

Ort

2

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PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

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Bild

ung

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6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

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+

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nein nein keine








hoch


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Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

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Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

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P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP
















































1 3 42

ATP

-Pro

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mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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Cytoplasma

Ort

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ATP

ohne

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Bild

ung

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6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

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1

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

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+

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nein nein keine








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Ascorbinsaumlure

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Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

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Lichtenergie

2 H+

2 H+

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+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


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P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP









































1 3 42

ATP

-Pro

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Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

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Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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Cytoplasma

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ATP

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ADP

































1

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Bild

ung

O2-

Verb

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K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

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nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

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1

12

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6 CO2

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+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

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Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP





























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ATP

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Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

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Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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Cytoplasma

Ort

2

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ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP


















1 3 42

ATP

-Pro

duk

tion

Zeit (h)









10

20

30

40

50

210


Carcinus maenas

























































2

0

4

6

8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

dig

keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP









1 3 42

ATP

-Pro

duk

tion

Zeit (h)









10

20

30

40

50

210


Carcinus maenas

























































2

0

4

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8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

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keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

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5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

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106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP







10

20

30

40

50

210


Carcinus maenas

























































2

0

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8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

dig

keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

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106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP





















































2

0

4

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8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

dig

keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

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O2-

Verb

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K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

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+

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hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

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endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

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106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP









































2

0

4

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8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

dig

keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

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K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

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+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP































2

0

4

6

8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

dig

keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

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PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

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K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

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106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP




















2

0

4

6

8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

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keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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Cytoplasma

Ort

2

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6








































01

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PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

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6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

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106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP









2

0

4

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8

200 5 1510

Rea

ktio

nsg

esch

win

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keit


mit Allopurinol




















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

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Cytoplasma

Ort

2

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6








































01

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PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

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6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

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5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP

















Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

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h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP











Fette Fette


Vitamine

Mineralstoffe

Aminosaumluren

Wasser



Beton Oumll

Stein (Brenn-)Holz


Glas hellip

Holz Erdgas


Fliesen Erdwaumlrme

Teppich

Tapeten

























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP























Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP













Regelgroumlszlige

Atemzentrum



Stellglieder

Sinneszellen

Messfuumlhler

Istwert


Stellgroumlszligen

SollwertNerven




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP




































Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP

















Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP









Teilprozess Ort



Citratzyklus Matrix














O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP








O2

ATP

ATP

ATP

Teilprozess


Kohlenhydrate

Glucose

Pyruvat

6 H2O + 6 CO

2 6 CO

2 + 12 H

2O

Acetyl-CoA

MundDarm

Pyruvatoxidation

Citratzyklus Matrix

Matrix


Glykolyse

2 NADH + 2H +

2 NADH + 2H +

6 NADH + 6H +

10 NADH + 10H + 2 FADH2

4 CO2

2 CO2

12 H2O

2

2

34

Cytoplasma

Ort

2

2


6








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP








































01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP





























01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP



















01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP







01

02

03

20 05 151

PFK-Aktivitaumlt


ATP

ohne

ADP

































1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

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5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP
































1

Blatt b

K1

K2

2

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Bild

ung

O2-

Verb

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K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP




















1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

rauc

h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

endash

endashendash










6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP










1

Blatt b

K1

K2

2

O2-

Bild

ung

O2-

Verb

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h

K3






























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

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5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

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hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

cose

1

12

12

2

106

6 CO2

2endash

+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP



























6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

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ja nein O2

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hoch


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Ascorbinsaumlure

Chl

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

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1

12

12

2

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6 CO2

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+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP


















6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O


Licht

Chlorophyll

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

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frac12

Glu

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1

12

12

2

106

6 CO2

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+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP

































Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

4

5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

+

+


ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

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frac12

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1

12

12

2

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+ 2endash

Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP




















Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

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LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

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Methylrot(farblos)

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

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1

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Plastochinon

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P700

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P680

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Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP









Grana-Thlakoid

Thylakoid-Innenraum

Stroma


Thylakoid-Membran









1

2

3

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5


LichtH2OCO2


CO2ATPNADPH +H+

LichtCO2H2OCO2

H2OCO2





+

+

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ja nein O2

nein nein keine








hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

endash

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

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frac12

Glu

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1

12

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Plastochinon

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O2


P700

P680

P680

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Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP






hoch


niedrig

Ascorbinsaumlure

Chl

Chlox Licht

Methylrot(rot)

Methylrot(farblos)

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

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1

12

12

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106

6 CO2

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+ 2endash

Plastochinon

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O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP







6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 12 S + 6 H2O





Licht

Chlorophyll









Lichtenergie

2 H+

2 H+

frac12

Glu

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1

12

12

2

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Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

P700


Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP









Lichtenergie

2 H+

2 H+

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Glu

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1

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12

2

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Plastochinon

Ferredoxin

O2


P700

P680

P680

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Fotosystem II



Fotosystem I

Reduktion

Glucosebildung

Fixierung von CO2

Regeneration des CO

2 -Akzeptors

NADPH + H+

NADP +

ATP

ATP

ADP

ADP

ATP

ADP

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Zelle - asset.klett.de · Lösungen zu: Markl Biologie Oberstufe ISBN: 978-3-12-150052-9