Hallo und herzlich willkommen zu meinem Cash-Kurs fürs Bio-Abi. Wir befinden uns in der Rubrik typische Lehrerfragen und wollen hier insbesondere für die Bestnoten in der mündlichen Mitarbeit arbeiten. Das heutige Video soll um Primär- und Sekundärreaktionen der Photosynthese gehen. Und da dies ein sehr komplexes Thema ist, werde ich auch öfter auf Sachen zurückgreifen, die wir schon besprochen hatten in anderen Videos.
zu den Lehrerfragen. Deshalb also nicht erstaunt sein, wenn hier vielleicht die eine oder andere Frage nochmal kommt. Aber das wird für euch dann auch besser zu verstehen sein.
Die erste Aufgabe unter den Primärreaktionen verstehen wir. wir die lichtabhängigen Reaktionen der Photosynthese. Was könnte dann mit Sekundärreaktionen gemeint sein? Chloroplast-Chlorophyll, welches ja im Chloroplasten drin ist. und das Thylakoid, das seht ihr hier unten links, und die Thylakoidmembran hier nochmal.
mal vergrößert dargestellt. Darauf kommen wir heute noch mal genauer. Lichtenergie, chemische Energie. In der Thylakoidmembran, da habt ihr ja die ATP-Synthase und die Photosysteme und das ADP-ATP-System, also dieses Coenzym. ETK, damit ist gemeint Elektronentransportkette.
Und die ATP-Synthase war ja das Enzym, welches aus ADP und Phosphat ATP generiert. Außerdem braucht ihr den Begriff Photolyse und natürlich Calvin-Zyklus. Nennt die Ausgangsstoffe der lichtabhängigen Reaktionen, wo genau finden diese statt?
Zur ersten Frage, es ist natürlich Wasser und Licht, was wir für die Photosynthese benötigen, für die lichtabhängigen Reaktionen. Und wo genau findet diese statt? Hier im Chloroplasten und zwar ganz genau an der Thylakoidmembran.
Die haben wir jetzt hier, das ist das Thylakoid, ein Stapel von Thylakoiden sind die Grana bzw. Granum, wäre der Singular. und die Membran, die schauen wir uns jetzt an. nochmal ein bisschen genauer an.
Das ist also jetzt die Thylakoid-Membran und da seht ihr schon die unterschiedlichen Integralen Proteine, auf die wir jetzt im Laufe dieses Videos noch genauer eingehen werden. Wir haben also die Elektronentransportkette der Photosysteme, wir haben die ATP-Synthase, wo ATP generiert wird, wir haben die Elektronentransportkette des Photosystems 1, wo dann NADPH++ generiert wird. Die nächste Aufgabe wäre, nennt Produkte der lichtabhängigen Reaktion. Wie seht ihr ja hier schon dargestellt. Das wäre also ATP und NADPH++.
Und natürlich Sauerstoff, der abgegeben wird. Der wird ja in der Photolyse hier unten gezeigt generiert. Und Photolyse nochmal zur Wiederholung war die Spaltung von Wasser.
Das hier jetzt nochmal ganz kurz für euch als Formel. Also zwei Wassermoleküle werden oxidiert und es entsteht Sauerstoff, das Molekül, Elektronen und Protonen. und das nochmal hier in dieser grafischen Darstellung.
Diese zwei Moleküle Wasser werden also mithilfe von Licht gespalten zum Sauerstoff, der dann molekular ist, also zwei Sauerstoffatome. Die wird dann abgegeben und es entstehen die Elektronen und die Protonen. Und aus einem Wassermolekül sind es dann natürlich jeweils vier.
Und das Ganze passiert also an der Thylakoidmembran und zwar in dem Photosystem 2. Sauerstoff wird abgegeben. Welches Gas wird im weiteren Verlauf benötigt? Das sollte euch leicht fallen. Das ist natürlich das Kohlenstoffdioxid oder auch CO2.
Und da haben wir ja diesen Kelvinzyklus schon besprochen. Kohlenstoffdioxid wird in den lichtunerregenden Reaktionen benötigt. Wo genau laufen diese sekundären Reaktionen, also der Kelvinzyklus, ab?
Natürlich erst mal im Chloroplasten und da hier in diesem Raum innen, der also von der inneren Membran umgeben ist und wo letztendlich die Grana auch mit drin liegen, das ist das Stroma. Hier nochmal als elektronenmikroskopisches Bild. Seht ihr hier, da ist also das Stroma. Und natürlich in dieser Abbildung können wir auch das Stroma sehen.
Das ist also außerhalb der Thylakoidmembran bzw. des Thylakoids. Der Kelvinzyklus besteht aus drei Phasen.
Wie heißen diese drei Phasen? Das ist eine Wiederholungsfrage. Wir haben die CO2-Fixierung, die Reduktion, die Regenerationsphase, die nochmal in dem Kelvin-Zyklus jetzt gezeigt.
Und darauf gehe ich jetzt nicht nochmal genauer ein. Da könnt ihr hier auf diesen Link klicken. Da wird der Kelvin-Zyklus nochmal ganz genau durchgenommen mit den Lehrerfragen und den drei Phasen.
Begründe die Bedeutung von Licht. Musik ... ... oft gestellte Frage, die natürlich in unterschiedlicher Tiefe beantwortet werden kann. Licht liefert die Energie...
für die Spaltung des Wassers und für die Energieübertragung auf Elektronen. Diese Energie wird im weiteren Verlauf für die ATP-Synthese und die Bildung von NADPH plus H plus genutzt. Das sind ja beides diese Coenzyme, die ihr schon kennt.
Die Primärreaktionen der Photosynthese bilden die die Grundlage für die sekundäre Reaktion. Im Kelvinzyklus sind im Kelvinzyklus notwendig für die Bildung von Glucose den finalen Produkt der Photosynthese. Das ist jetzt eine sehr allgemeine Aussage als Begründung und wir wollen das jetzt nochmal mal ein bisschen vertiefen.
In welcher, welchen Phasen der Sekundärreaktionen werden die in den Primärreaktionen produzierten Moleküle benötigt und wofür? Hier haben wir nochmal die drei Phasen. Als erstes haben wir die Reduktion.
Da wird ATP und NADPH++ benötigt, damit aus diesem Phosphoglycerat letztendlich das Triosephosphat entstehen kann. Das ist diese Reduktionsreaktion, also ein Teil einer Redoxreaktion. Dabei wird das Phosphat abgegeben vom ATP und es entsteht ADP. Und die Elektronen und Protonen werden an das Phosphoglycerat gebunden und es entsteht dann NADP+, welches dann wieder regeneriert werden muss.
Genauso wie das ADP, auch dieses muss wieder regeneriert werden zum ATP. Und das passiert eben in den nicht abhängenden Reaktionen. Wir haben eine Regeneration und in dieser Regeneration wird auch nochmal ATP benötigt. Und natürlich brauchen wir CO2 für diese CO2-Bedienung. Effixierung.
Das wird aber über den Gasaustausch aufgenommen. Und da möchte ich nochmal ganz kurz wiederholen. Also wir haben hier jetzt ein Laubblatt im Querschnitt und da seht ihr in der unteren Membran die Spaltöffnungen, über die jetzt in der unteren Epidermis, Entschuldigung, nicht Membran, in der unteren Epidermis liegen ja diese Spaltöffnungen und da wird der Gas- und Wasseraustausch reguliert.
Das heißt, hier kann die CO2-Aufnahme und die Sauerstoffabgabe reguliert werden und außerdem die Wasserdampfabgabe. Und hier könnt ihr nochmal die Schließzellen, die ja die Stomata ausmachen, in Aktion sehen. Das heißt, diese Schließzellen bilden dann eben geöffnete oder geschlossene Spaltöffnungen. Kommen wir nochmal zurück zur Thylakietmembran. Erklärt anhand der Abbildung die Vorgänge an der Thylakietmembran, die zur Bildung von ATP und NADPH++ führen.
Dazu würde ich euch diese Abbildung, die sich jetzt nach und nach aufbaut, einmal zeigen und dann noch ein bisschen Zeit geben für die fertige Abbildung. und dann versucht ihr das Ganze mal. Diese Reaktion ist entscheidend, da sie Elektronen liefert, die dann durch den Elektronentransport in der Photosynthese genutzt werden, um ATP und N-ATPH plus H plus zu erzeugen. Das sind jetzt die Elektronen.
Dazu werden die in der Photolyse freigesetzten Elektronen durch Licht erregt. Sie werden also auf ein höheres Energieniveau gebracht. Sie waren...
sondern auch den integralen Proteinen der ETK und geben schrittweise Energie ab. Diese Energie wird genutzt, um Protonen vom Stroma in den Thylakoid-Innenraum zu transportieren. Das ist ein aktiver Transport und dadurch wird ein Protonengradient generiert.
Das heißt, im Stroma ist eine geringere Konzentration als im Thylakoid-Raum und das generiert diesen Protonengradienten. Und jetzt kommt die ATP-Synthase ins Spiel. ATP-Synthase, das Coenzym-ADP, zu ATP zu regenerieren.
Dazu wird an das ADP ein Phosphat angelagert. Es entsteht energiereicheres ATP. Diese Elektronen sind ja jetzt hier gewandert.
Sie wandern nun vom Photosystem 2 auf das Photosystem 1 und werden hier erneut auf ein höheres Energieniveau gebracht, durch Licht, wandern wieder auf der ETK und geben erneut schrittweise Energie ab. Und diese Energie wird diesmal genutzt, um diese Protonen und auch die Elektroden an das NADP zu binden, sodass NADPH++ gebildet wird. Also auch hier wieder diese Regeneration des Coenzyms NADP+.
Das war jetzt ganz schön... schön viel, falls ihr das nochmal im Detail sehen wollt, dann hier nochmal klicken, hier findet ihr wieder alles zur Photosynthese und Zellatmung. Das Fazit des heutigen Bereichs, die in den Primärreaktionen der Photosynthese produzierten Moleküle wie ATP und und NADPH++ werden in den Sekundärreaktionen, speziell im Kelvinzyklus, benötigt. ATP liefert die Energie für die Reduktion nach der Fixierung von CO2, während NADPH++ als Reduktionsmittel dient, um Kohlenstoffdioxid letztlich in Glucose umzuwandeln.
Diese Moleküle sind Schlüsselkomponenten im Kelvinzyklus, der die Synthese von Kohlenhydraten aus CO2 ermöglicht, indem er die chemische Energie aus den Primärreaktionen nutzt. Es hat euch Spaß gemacht und ihr seid jetzt super gut vorbereitet auf den Unterricht, beziehungsweise vielleicht auch nochmal nach dem Unterricht sich das anschauen und dann die... Grundlagen, die dort gelegt wurden, nochmal besser zu verstehen.
Ihr könnt hier diesen QR-Code einscannen, dann findet ihr das Handbuch zu den Lehrerfragen und Schülerantworten. Das war es für heute. Ich verabschiede mich und wünsche euch ganz viel Erfolg im Abitur. Ganz liebe Grüße, euer BioXE.