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. Wir sind bei den typischen Lehrauflagen zu den Lichtreaktionen und wir wollen uns hier insbesondere mit dem energetischen Modell beschäftigen.
Und dieses ist ebenfalls nur für das erhöhte Anforderungsniveau im Bereich Leben. Dazu habe ich euch ein Modell mitgebracht, beziehungsweise mehrere verschiedene Modelle. Und die erste Frage dazu, wo laufen die Lichtreaktionen, also die lichtabhängigen Reaktionen oder Primärreaktionen der Photosynthese? Syntese ab. Dazu wollen wir uns noch mal ganz kurz mit den Systemebenen beschäftigen.
Wir haben ja hier den Querschnitt eines Laubblatts, das wäre also das Organ. In diesem Organ haben wir verschiedene Gewebe, das wäre die nächste Systemebene, zum Beispiel das Palisadengewebe. Da in diesem Palisadengewebe sind dann zum Beispiel Zellen, die viele Chloroplasten haben und die Chloroplasten, den sehen wir hier, nochmal vergrößert, das wäre jetzt die Zellorganellen-Systemebene und da haben wir natürlich jetzt das Thylakoid innerhalb des Zellorganells und dieses Thylakoid wird gebildet von der Thylakoid-Membran und da haben wir jetzt auch schon unsere Antwort. Die Lichtreaktionen laufen an der Thylakoid-Membran in den Chloroplasten von Pflanzenzellen ab.
Da hatten wir auch schon ein Video gemacht zum Lichtsammelkomplex. Die Absorption des Lichts geschieht mithilfe dieses Komplexes. Wozu wird diese Lichtenergie in den Fotosystemen genutzt? Das sollte euch schon helfen.
Das erste ist tatsächlich dieser Vorgang, also diese Wasserspaltung, auch Photolyse genannt, die mit Licht funktioniert. Und ihr seht, dabei entstehen Elektronen, Protonen und Sauerstoff. Und das ist also eine Spaltung von Wasser, beziehungsweise auch eine Oxidation. Hier nochmal diese Gleichung in anderer Form.
Zwei Moleküle Wasser werden mithilfe von Licht zu Sauerstoff, vier Elektronen und vier Protonen. Das war jetzt der erste Teil der Antwort. Dann haben wir den zweiten Teil der Antwort durch einen Protonengrad. wird an der ATP-Synthase, die ATP-Synthese und am Photosystem I wird durch die Energieabgabe der Elektronen das NADPH++ gebildet. Diese beiden Begriffe brauchen wir auf jeden Fall nochmal, also merken.
NADPH++ als Elektronenträger. Modelle helfen uns, komplizierte Prozesse besser zu verstehen. Hier sind zwei verschiedene Modelle dargestellt. Beide sollen gemeinsam helfen, die Lichtreaktionen besser zu verstehen. Das ist das erste Modell.
Das ist das zweite Modell. Das kennt ihr vielleicht schon. Diejenigen, die sich schon mit den Lichtabsorptionsfragen beschäftigt haben, die sollten das schon kennen. Wenn nicht, dann wäre es ganz günstig, wenn ihr euch vielleicht diese...
dieses Video zum Lichtsammelkomplex in der Thylakoidmembran nochmal anschaut. Jetzt beide Modelle auf einer Ansicht und wir wollen mit diesem beginnen. Erläutere dieses Modell.
Das erste, was wir hier sehen können, ist die Photolyse, also die Spaltung von Wasser. Hatten wir ja schon benannt. Und diese geschieht im Photosystem 2. Da steht jetzt P680 in Klammern. Und diese Bezeichnung P680 verweist auf das Chlorophyll-A-Molekül im Reaktionshersteller.
das Photosystem 2, das am besten bei einer Wellenlänge von 680 Nanometern Licht absorbiert. Das könnt ihr hier nochmal sehen in diesem Modell. Das ist das Reaktionszentrum. Und links seht ihr ein Beispiel für ein Chlorophyll-Pigment, welches Licht absorbiert.
Licht absorbiert. Dieses Licht hat zur Folge, dass Elektronen erregt werden. Das heißt, sie werden auf ein höheres Energieniveau gehoben. Also jetzt hier im Photosystem 2 passiert das zuerst.
Das könnt ihr jetzt hier daran erkennen, dass an der linken Seite ja Energie der Elektronen steht. Und diese Energie der Elektronen, die wird hier eben in dieser Abbildung gezeigt. Und diese nimmt hier zu.
Das heißt, diese Elektronen haben einen höheren Energiegehalt, ein höheres Energiegehalt. Und nun werden sie auf die neben dem Protosystem liegende Elektronentransportkette übertragen und geben hier schrittweise Energie ab. Dadurch können Protonen vom Stromer in den Thylakoidraum transportiert werden. Es entsteht ein sogenannter Protonengradient.
Das haben wir hier nochmal. Diese Protonen kommen also aus dem Stromer in diesen Thylakoidraum. Dann ist dort eine hohe Konzentration an Protonen.
Und dieser Unterschied generiert den Protonen. Das hat zur Folge, dass dann die ATP-Synthase durch diesen Protonengradienten dazu in die Lage versetzt wird, aus ADP und Phosphat ATP, also Adenosintrifosphat, zu bilden. Und das sehen wir hier mit dem ATP. Das ist die erste Teilreaktion, die hier gezeigt wird.
Diese Elektronen haben nun die Möglichkeit, weiter zu wandern, entweder zurück auf das Photosystem II, um wieder ATP zu generieren. Das nennen wir dann eine zyklische, also also im Kreis laufende Reaktionen. Die andere Möglichkeit ist, dass es auf das Photosystem I übertragen wird.
Und das wollen wir jetzt hier betrachten. Die energieärmeren Elektronen werden auf das Lichtsammelzentrum im Photosystem I übertragen. Also hier. Ja, und jetzt das Gleiche auch hier. Das P700 ist eben die Wellenlänge 700 Nanometer, die von diesem Chlorophyllmolekül am besten absorbiert werden kann.
Diese Elektronen werden wieder auf ein höheres Energieniveau gehoben. Jetzt wird er... Es wird aber kein Protonengradient erzeugt, sondern bei der schrittweisen Energieabgabe wird jetzt an das Coenzym NADP+, Protonen und Elektronen gehängt. Und zwar entsteht dadurch das NADPH++. Das Coenzym wird also regeneriert durch diese Übertragung von Elektronen und Protonen auf das Coenzym NADP+.
Das war eigentlich schon die Erläuterung dieses Modells. Nicht ganz einfach, ich würde euch empfehlen, das ruhig sich nochmal umzuhalten. anzuschauen. Die letzten Aufgaben jetzt nennt Produkte der lichtabhängigen Reaktionen. Das ist natürlich jetzt einfach.
Das sind natürlich ATP und NLTP H++ und Sauerstoff, der abgegeben wird. Der wurde ja in der Photolyse generiert. Begründe den Nutzen dieser Moleküle. Und auch das ist einfach, solltet ihr schon wissen. ATP und N-ATPH++ werden im Kelvin-Zyklus genutzt, um Glucose zu synthetisieren.
Kelvin-Zyklus, also sekundäre Reaktion oder auch lichtunabhängige Reaktion. Und dann noch ein Zusatzglucose. Glucose ist ein Monosaccharid, welches sowohl als Energiespeicher als auch als Ausgangsstoff für zahlreiche Stoffwechselprozesse genutzt wird. Außerdem kann natürlich ATP als universeller Energieträger genutzt werden, und zwar in diesen photosynthetisch aktiven Zellen.
Das ATP, was dort produziert wird, muss also nicht unbedingt erst noch in Glucose umgewandelt werden, sondern kann dort sofort genutzt werden, zum Beispiel für aktive Transportvorgänge. So, letzte Aufgabe. Jetzt hier ein Fazit zum energetischen Modell der Lichtreaktion. Jetzt vielleicht mal dazu ein bisschen Zeit und dann die Pause-Taste drücken.
Das mal selber versuchen. Die Lichtreaktionen der Photosynthese nutzen die Photosysteme 1 und 2, um Lichtenergie einzufangen und in chemische Energie umzuwandeln. Photosystem 2 absorbiert Licht bei 680 nm, spaltet Wasser in Sauerstoff, Photonen und Elektronen, Photolüse, Letztere erzeugen mittels Elektronentransportketten einen Protonengradienten, welcher ATP-Synthese ermöglicht, an der ATP-Synthase, in der Thylakoidmembran usw. Photosystem 1 synthetisiert NADPH++.
ATP und NADPH++ werden in den Sekundärreaktionen, gelben Zyklus, zur Kohlenstofffixierung verwendet. Das war es schon wieder unter diesem QR-Code. Wie immer könnt ihr das Handbuch euch herunterladen, um noch etwas effizienter zu arbeiten.