Welche Bedeutung hat die Fotosynthese auf die c4-Pflanze?
Guten Abend ,
Mund zwar frage ich mich welche Bedeutung die Fotosynthese auf die c4-Pflanze hat .
2 Antworten
auf? "für" oder. Pflanzen trockener und heißer Standorte haben ein Problem. Sie müssen die Spaltöffnungen ihrer Blätter tagsüber oft schließen, um nicht zu vertrocknen. Andererseits gelangt durch diese Öffnungen das CO2 für die Photosynthese in die Blätter. Wenn man also die Spaltöffnungen zu macht, kommt kein CO2 mehr rein und die Photosyntheseleistung lässt nach.
Die C4-Pflanzen haben eine besondere Anpassung entwickelt, um dieser Problematik zu begegnen. Sie fixieren CO2 aus der Luft auch außerhalb des Calvinzyklus der Photosynthese, um einen inneren CO2-Speicher anzulegen, aus dem sie schöpfen können, wenn die Spaltöffnungen tagsüber geschlossen sein sollten.
Dazu wird CO2 mittels des Enzyms PEP-Carboxylase an Phosphoenolpyruvat gebunden und das Oxalacetat, das dabei ensteht, zu Äpfelsäure (Malat) umgesetzt. Das erste fassbare Produkt, an das CO2 gebunden ist, das Oxalacetat, hat einen C4-Körper, das war namensgebend für die C4-Pflanzen.
Normale Pflanzen fixieren CO2 aus der Luft im Calvinzyklus mittels des Enzyms Rubisco und das erste fassbare Produkt, was dabei entsteht, Phosphoglycerinsäure, ist ein C3-Körper. Daher werden normale Pflanzen "C3-Pflanzen" genannt.
Die Bedeutung der C4-Photosynthese liegt also in einer Vorfixierung des CO2 aus der Luft in Äpfelsäure, um es später aus dieser Verbindung wieder im Blattgewebe freizusetzen und dem Calvinzyklus zuzuführen. So dass der Calvinzyklus das CO2 nicht aus der Luft aufnehmen muss, sondern aus einem inneren Speicher aus Äpfelsäure versorgt wird. So ist die laufende Photosynthese nicht unbedingt auf offene Spaltöffnungen der Blätter angewiesen. Falls diese wegen Hitze und Trockenheit geschlossen werden müssen, kann die Photosynthese dennoch weiter laufen.
lichtabhängige und -unabhängie Reaktionen (Lichtreaktion, Dunkelreaktion) gibt es bei jeder Pflanze in der Photosynthese. Die darzustellen und zu erklären ist relativ anspruchsvoll. Der Unterschied zwischen C3 und C4 ist die "Zulieferung" des CO2 bei C4 wegen der Vorfixierung in Malat. Das ist in deinem Buch dargestellt in Abb.1 oben links. Das könntest du verwenden:
https://workupload.com/file/FkDf5QBxpFR
Wenn du die Lichtreaktion auch noch darstellen sollst, musst du dazu wohl eine gesonderte Abb. verwenden. Die Lichtreaktion ist aber prinzipiell gleich wie bei C3. Z.B. so:
https://workupload.com/file/ThnhPDDSqnV
Das ist aber relativ komplex zu erklären. Ich vermute du wirst dich einlesen müssen, um Licht- und Dunkelreaktion der Photosynthese und die Besonderheit von C4-Photosynthese durch Belieferung des Calvinzyklus (also der lichtunabhängigen Reaktion/Dunkelreaktion) mit CO2 aus Malat zu präsentieren.
ja natürlich, in deinem Biobuch oder im Internet, youtube, was auch immer.
Ich kann dir das was du präsentieren musst beschreiben. Du musst es natürlich je nach Jahrgangsstufe entsprechend zusammenfassen bzw. vereinfachen, weil du wirst nicht jedes Detail erläutern können. Das ist so gut wie ausgeschlossen.
Die Lichtreaktion ist hier dargestellt
https://workupload.com/file/ThnhPDDSqnV
ich beschreibe kurz was da passiert. Die Pflanze entreißt Wassermolekülen ihre Elektronen, das Wasser wird dabei zerlegt, das nennt sich Fotolyse des Wassers, ganz links im Bild.
Die Elektronen werden über eine Elektronentransportkette auf ein spezielles Überträgermolekül geladen, das nennt sich NADP ganz rechts. Das hat einen Zungenbrechernamen Nicotinamidadenindinukleotidphosphat. Daher belässt man es besser bei NADP. Das ist ein Elektronencarrier oder ich sage immer "Einkaufswagen für Elektronen". Der Elektronentransport der Kette ist energetisch bergauf.
Die Elektronen auf das NADP zu bekommen ist also nicht so ganz einfach, wie als wenn man eine Kugel einen Berg raufrollt. Um das zu leisten, nutzt die Pflanze an zwei Stellen des Transportweges Sonnenenergie als Antrieb, da wo die freundlichen Sonnen drüber stehen, das sind die beiden Fotosysteme der Lichtreaktion.
Außerdem wird die Energie aus Sonnenstrahlung dazu genutzt H+ Ionen durch die innere Chloroplastenmembran zu pumpen. Diese sammeln sich im Thylakoidinnenraum an (das ist ein Teilraum des Chloroplasten) und fließen dahin zurück wo sie herkamen. Allerdings rechts durch die ATP-Synthase. Im Rückfluss wird damit ein energiereicher Stoff erzeugt, das ATP. Den H+Ionengradienten über die Membran kann man sich also wie eine Talsperre vorstellen. Da wo das Wasser aus der Staumauer kommt befinden sich auch oft elektrische Turbinen, die mit Wasserkraft Strom erzeugen. Das übernimmt hier die ATP-Synthase als eine molekulare Turbine, die durch den Rückfluss der H+-Ionen ATP erzeugt, einen energiereichen Stoff des Stoffwechsels.
Das Sonnenlicht treibt also in der Lichtreaktion Prozesse an, die zwei Produkte liefern: mit Elektronen aus Wassermolekülen beladenes NADP und ATP. Da die Wassermoleküle dabei gespalten werden, entsteht Sauerstoff (O2) als Nebenprodukt der Photosynthese, was an die Atmosphäre abgegeben wird.
Das war die Lichtreaktion. Jetzt musst du die Dunkelreaktion beschreiben. Die Dunkelreaktion besteht aus einem Kreisprozess von Stoffwechselreaktionen, bei dem jede Reaktion durch ein bestimmtes Enzym unterstützt wird, dem Calvinzyklus. Das wäre also etwas für deine Präsentation:
https://workupload.com/file/yTf9XA3BDEa
Diesen Zyklus wirst du vermutlich nicht im Detail erläutern :D Es geht also bei der Präsentation darum, wichtige Punkte zu zeigen. Der Kreisprozess wäre ja unnütz, wenn da nicht was rein oder rausgehen würde.
Der Anfang und das ist eine der Verbindungen, die du ja beispielhaft nennen kannst, ist Ribulose-1,5-bisphosphat auf 10:00 Uhr. In der Stoffwechselreaktion ausgehend von diesem Stoff wird CO2 aus der Luft enzymgestützt in das Molekül aufgenommen und daran gebunden, man sagt auch "fixiert" (CO2-Fixierung). Dann arbeitet dieser Kreisprozess einmal herum und landet wieder beim Ribulose-1,5-bisphosphat. Pro Runde nimmt er 1 CO2 auf. Wenn er 6 CO2 aufgenommen hat, hat er soviel Munition, um daraus 1 Glucosemolekül zu machen (C6H12O6), also Traubenzucker, das verlässt den Kreislauf auf 17:00 Uhr.
Um das energetisch zu schaffen, was nie spontan ablaufen würde, benötigt der Zyklus 2 Zutaten, einmal mit Elektronen beladenes NADP (was in dem Zustand NADPH/H+ heißt) und zum anderen die energiereiche Verbindung ATP. Das steht jeweils außen an den Reaktionsschritten dran. Diese beiden Kollegen kennen wir. Das sind genau die Stoffe, die in der Lichtreaktion gebildet wurden.
Die beiden Reaktionen Licht-/Dunkelreaktion arbeiten also Hand in Hand. Damit der Calvinzyklus (Dunkelreaktion) aus anorganischen Zutaten (CO2 aus der Luft) ein organisches Molekül aufbauen kann (Glucose = Zucker) nutzt dieser Kreisprozess die Energie der Sonne indirekt, indem er durch die Lichtreaktion mit NADP + ATP versorgt wird, mit denen das geht, die die Lichtreaktion aber nur mit Hilfe des Sonnenlichtes bilden konnte. Daher treibt die Sonne den Gesamtprozess an: Licht + Dunkelreaktion.
Das was dabei gewonnen wird, nämlich organische energiehaltige Moleküle in Form von Traubenzucker (Glucose), ist mit Hilfe des Sonnenlichtes aus H2O und CO2 also aus anorganischen Komponenten gebildet worden.
Davon, dass Pflanzen das beherrschen, hängt jegliches Leben auf der Erde ab. Weil niemand sonst (Tiere, Menschen) kann organische Moleküle mit Hilfe des Sonnenlichtes aus anorganischen Stoffen aufbauen. Außer Organismen, die Photosynthese beherrschen. Von denen hängen wir ab, weil wir sonst nichts zu beißen hätten. Auch Tiere hängen davon ab, weil sie Pflanzen fressen, auch solche Tiere hängen davon ab, die Tiere fressen, weil die Tiere, die sie fressen, vorher selber Pflanzen gefressen haben oder andere Tiere, die ihrerseits Pflanzen gefressen haben. Ohne diesen Energieinput aus der Sonne, mit denen Pflanzen ausgehend vom erzeugten Zucker alle möglichen Stoffe bilden können, läuft auf der Erde gar nichts. Daher ist die Photosynthese ein sehr wichtiger Stoffwechselprozess von globaler Bedeutung.
Jetzt musst du den Calvinzyklus der normalen C3-Photosynthese (oben) mit C4-Photosynthese vergleichen :D Ich sagte ja dein Thema ist wirklich nicht so einfach.
Wir haben oben gesehen, dass auf 11:00 Uhr CO2 in den Calvinzyklus aufgenommen wird, um Zucker zu bilden. Was aber, wenn es tagsüber zu heiß ist und die Pflanzen ihre Spaltöffnungen an den Blättern schließen müssen, um nicht auszutrocknen. Dann kommt der Calvinzyklus langsam zum erliegen, weil kein CO2 mehr ins Blatt kommt.
Daher haben C4 Pflanzen die Anpassung entwickelt, CO2 nachts wenn es kühl ist, durch die Spaltöffnungen aufzunehmen und für den nächsten Tag im Blatt chemisch zu binden nämlich in Form von Malat (Äpfelsäure). Wie in deinem Buch abgebildet ist
https://workupload.com/file/LZu3dARTxhN
Am Tage wird aus Malat wieder CO2 freigesetzt und dieses dem Calvinzyklus zugeführt (unten). Das ist genau die Stelle, wo Ribulose-1,5-bisphosphat CO2 aus der Luft aufnimmt, nur dass es hier nicht aus der Luft kommt, sondern von der Pflanze vorher (nachts) schon in Malat gespeichert wurde und daher "innerlich" bereitgestellt wird.
Somit ergibt sich im Vergleich zwischen normalen C3-Pflanzen und C4-Pflanzen folgendes Bild:
https://workupload.com/file/KJdwGABPnfn
C3-Pflanzen nehmen das CO2 aus der Luft in den Calvinzyklus der photosynthetischen Dunkelreaktion (oder lichtunabhängigen Reaktion) auf. Dieses gelangt durch Spaltöffnungen in die Blätter.
C4-Pflanzen nehmen das CO2, das in den Zellen aus Malat (Äpfelsäure) freigesetzt wird auf, in dem es zuvor zwischengespeichert worden ist, damit die Photosynthese auch tagsüber bei geschlossenen Spaltöffnungen ablaufen kann. Na ja, also wie gesagt, deine Präsentation ist anspruchsvoll.
Gutes Gelingen!
Alles klar ,danke ich merk auch das die präsi es in sich hat . Wie soll ich das am Beispiel Mais aber belegen/erklären?
mit den Abbildungen die ich oben vorschlug (oder ähnlichen)
1.) Lichtreaktion
2.) Calvinzyklus (Dunkelreaktion)
3.) C4-Pflanzen binden CO2 in Malat, geben es an Calvinzyklus weiter
4.) Vergleich C3/C4 bei der CO2 Aufnahme
das ist der Mais ganz einfach inklusive. Weil C4 ja auch andere Pflanzen machen.
alles klar muss das nur noch irgendwie zur einer Präsentation machen 😄😄. Wird schwierig mit Stichworten ,aber ein großes danke
gerne. Das sind doch schon Folien die du nehmen kannst. Mit dem Redeanteil ist das schon fast genug würde ich sagen.
Ja aber sie möchte zu erst die Präsentation und daraufhin wird präsentier
Hi ,wo liegen den die Unterschiede zwischen der c3 und der c4 pflanze?
Naja Photosynthese ist die Grundlage der autotrophen Ernährung von Pflanzen, auch C4-Pflanzen...
Ansonsten lies https://de.wikipedia.org/wiki/C4-Pflanze
Danke , das war sehr gut erklärt . Hätte da noch eine Frage wie kann ich am besten Die lichtabhängige und -unabhängige Reaktion für C4 Pflanzen darstellen am Beispiel Mais? Ich soll das in vorm eine Präsentation tun . Haben sie da Vorschläge und Antwortmöglichkeiten ? In wie fern sind c4 Pflanzen von Lichtabängig/unabhängig ?