Lichtabhängige Reaktion /Lichtreaktion /Primärreaktion der Fotosynthese [1/2] -[Biologie, Oberstufe]
Summary
TLDRDieses Video erläutert den molekularen Ablauf der Photosynthese, einem Stoffwechselprozess, bei dem Pflanzen, Algen und bestimmte Bakterien mit Sonnenenergie Kohlendioxid und Wasser in Zucker und Sauerstoff umwandeln. Es gliedert die Photosynthese in die Lichtreaktion, in der Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird, und die lichtunabhängige Reaktion, die ATP und NADPH nutzt, um Kohlenhydrate zu synthetisieren. Der Prozess wird detailliert anhand der Funktion von Chloroplasten und Pigmenten wie Chlorophyll erklärt, die die Energie der Lichtteilchen absorbieren und in chemische Energie umwandeln.
Takeaways
- 🌿 Die Photosynthese ist ein Stoffwechselprozess, bei dem Pflanzen, Algen und einige Bakterien mithilfe von Sonnenenergie Kohlendioxid und Wasser in Zucker und Sauerstoff umwandeln.
- 💧 Wasser für die Photosynthese stammt hauptsächlich aus dem Boden, während Kohlendioxid aus der Luft aufgenommen wird.
- 🌱 Die Photosynthese produziert Kohlenhydrate, insbesondere Glukose, und gibt Sauerstoff ab, der für den menschlichen Lebensprozess essentiell ist.
- ⚖️ Die Reaktionsgleichung der Photosynthese muss atomar ausgeglichen sein, um die gleiche Anzahl von Atomen auf beiden Seiten zu gewährleisten.
- 🔍 Die Photosynthese kann in zwei Abschnitte unterteilt werden: die Lichtreaktion, die direkt Lichtenergie in chemische Energie umwandelt, und die lichtunabhängige Reaktion, die in einem Stoffwechselweg, dem Calvin-Zyklus, Kohlenhydrate synthetisiert.
- 🌞 Licht ist eine Form von Energie, die in Photonen gespeichert ist und in andere Energieformen wie Wärme- oder chemische Energie umgewandelt werden kann.
- 🟢 Chlorophyll und andere Pigmente in den Photosynthese-aktiven Organismen absorbieren Lichtenergie und spielen eine zentrale Rolle bei der Umwandlung dieser Energie in chemische Energie.
- 🔵 Die Lichtreaktion findet an der Thylakoidenmembran statt, wo die absorbierten Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt und ATP und NADPH gebildet werden.
- 🔋 Die ATP-Synthese, auch als Fotophosphorylierung bezeichnet, nutzt den elektrochemischen Gradienten, der durch den Transport von Protonen in den Stroma-Raum aufgebaut wird, um ATP aus ADP und anorganischem Phosphat zu bilden.
- 🔁 Der Elektronentransport in der Elektronentransportkette führt zu einer Abnahme der Energie des Elektrons und ermöglicht den Transport von Protonen, die für die ATP-Synthese notwendig sind.
Q & A
Was ist der Hauptprozess, der in dem Video beschrieben wird?
-Der Hauptprozess, der im Video beschrieben wird, ist die Photosynthese, bei der Pflanzen, Algen und einige Bakterien mithilfe von Sonnenenergie Kohlendioxid und Wasser in Zucker und Sauerstoff umwandeln.
Woher stammt das Wasser, das für die Photosynthese benötigt wird?
-Das Wasser für die Photosynthese stammt hauptsächlich aus dem Boden.
Wie wird Kohlendioxid bei der Photosynthese aufgenommen?
-Kohlendioxid wird bei der Photosynthese aus der Luft aufgenommen.
Welches ist das Hauptprodukt der Photosynthese für die Pflanzen?
-Das Hauptprodukt der Photosynthese für die Pflanzen ist Glucose, ein einfacher Zucker, der als Kohlenstoffquelle für das Wachstum dient.
Was ist die Bedeutung des Sauerstoffs, der bei der Photosynthese anfallen?
-Der anfallende Sauerstoff ist ein Abfallprodukt der Pflanzen, der aber für Menschen und andere Lebewesen lebenswichtig ist, da er für die Atmung notwendig ist.
Wie ist die chemische Gleichung der Photosynthese?
-Die chemische Gleichung der Photosynthese lautet: 6 CO2 + 6 H2O + Lichtenergie → C6H12O6 + 6 O2.
In welchen Teilen kann die Photosynthese unterteilt werden?
-Die Photosynthese kann in die Lichtreaktion und die lichtunabhängige Reaktion unterteilt werden.
Was passiert in der Lichtreaktion?
-In der Lichtreaktion wird Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt, wodurch ATP und NADPH gebildet werden.
Was ist die Funktion der lichtunabhängigen Reaktion?
-Die lichtunabhängige Reaktion, auch bekannt als Calvin-Zyklus, nutzt ATP und NADPH, um Kohlenhydrate aus CO2 zu synthetisieren.
Welche Rolle spielt das Chlorophyll bei der Photosynthese?
-Das Chlorophyll ist das wichtigste Pigment in den Photosynthese-aktiven Organismen. Es absorbiert Licht und ermöglicht die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie.
Wie wird die Energie des absorbierten Lichts in der Photosynthese genutzt?
-Die absorbierte Lichtenergie wird genutzt, um Elektronen in einen angeregten Zustand zu versetzen, was zur Bildung von ATP und NADPH führt.
Outlines
🌿 Grundlagen der Photosynthese
Dieser Abschnitt des Videos stellt die Grundlagen der Photosynthese vor, einem Stoffwechselprozess, der von Pflanzen, Algen und einigen Bakterien durchgeführt wird. Dabei wird mithilfe der Sonnenenergie Kohlendioxid und Wasser in Zucker und Sauerstoff umgewandelt. Es wird erklärt, dass Wasser hauptsächlich aus dem Boden und Kohlendioxid aus der Luft stammt und dass die Pflanzen Kohlenhydrate und Sauerstoff produzieren. Die Reaktionsgleichung der Photosynthese wird erwähnt, aber es bleiben wichtige Einzelheiten wie die chemischen Reaktionen, die Rolle des Lichts und die Herkunft des Sauerstoffs unerwähnt. Der Aufbau von Pflanzenzellen und die Rolle der Chloroplasten und Pigmente wie Chlorophyll werden beschrieben, die die Komplexität der Photosynthese ermöglichen.
🌞 Die Lichtreaktion der Photosynthese
In diesem Abschnitt wird die Lichtreaktion der Photosynthese detailliert erläutert, die in den Chloroplasten und insbesondere an der Thylakoidenmembran stattfindet. Es wird erklärt, wie die Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird und wie das ATP und NADPH gebildet wird. Die Rolle von Pigmenten wie Chlorophyll, die in Antennenkomplexen angeordnet sind, wird beschrieben, die die Lichtenergie absorbieren und an das Reaktionszentrum weiterleiten. Die Prozesse der Elektronenübertragung, der Wasserspaltung und die Bildung von Sauerstoff werden ebenfalls behandelt. Der Abschnitt betont die Komplexität der molekularen Vorgänge und die Bedeutung der Elektronentransportkette für die Bildung von ATP.
🌱 Die dunkle Reaktion und die ATP-Synthese
Der dritte Abschnitt konzentriert sich auf die dunkle Reaktion der Photosynthese, auch bekannt als Calvin-Zyklus, der ATP und NADPH verwendet, um Kohlenhydrate zu synthetisieren. Es wird erklärt, wie die ATP- und NADPH-Moleküle, die in der Lichtreaktion gebildet wurden, verwendet werden, um CO2 zu reduzieren und so Zucker zu produzieren. Der Mechanismus der chemiosmotischen ATP-Synthese wird beschrieben, bei dem der Rücktransport von Protonen in den Stromabereich ATP aus ADP und einem anorganischen Phosphatrest synthetisiert. Der Abschnitt fasst die Informationen über die Photosynthese zusammen und betont die Bedeutung der ATP-Bildung für die Energieversorgung der Pflanzen.
Mindmap
Keywords
💡Photosynthese
💡Chlorophyll
💡Lichtreaktion
💡Lichtunabhängige Reaktion
💡ATP (Adenosintriphosphat)
💡NADPH
💡Thylakoïd
💡Elektronentransportkette
💡Photolyse
💡Calvin-Zyklus
Highlights
Die Photosynthese ist ein Stoffwechselprozess, der von höheren Pflanzen, Algen und einigen Bakterien betrieben wird.
Bei der Photosynthese werden Kohlendioxid und Wasser mit Sonnenenergie zu Kohlenhydraten und Sauerstoff umgewandelt.
Wasser für die Photosynthese stammt hauptsächlich aus dem Boden, Kohlendioxid aus der Luft.
Glukose, ein einfacher Zucker, wird als Produkt der Photosynthese produziert.
Die Reaktionsgleichung der Photosynthese muss auf beiden Seiten atomares Gleichgewicht aufweisen.
Die Photosynthese kann in zwei Abschnitte unterteilt werden: die Lichtreaktion und die lichtunabhängige Reaktion.
Die Lichtreaktion findet an der Thylakoidmembran statt und wandelt Lichtenergie in chemische Energie um.
Die lichtunabhängige Reaktion, auch bekannt als Calvin-Zyklus, nutzt ATP und NADPH, um Kohlenhydrate zu synthetisieren.
Licht ist eine Form von Energie, die in Photonen gespeichert ist und in andere Energieformen umgewandelt werden kann.
Pflanzen und andere fototrophische Organismen verfügen über Pigmente wie Chlorophyll, die Lichtenergie absorbieren können.
Die Lichtreaktion beginnt mit der Absorption von Licht durch Pigmente, insbesondere Chlorophyll.
Das absorbierte Licht bewegt Elektronen in einem angeregten Zustand, was zu chemischen Reaktionen führt.
Die Elektronen werden über eine Elektronentransportkette transportiert, die an der Thylakoidmembran eingebettet ist.
Die Wasserspaltung liefert Elektronen, die zur Auffüllung der Lücke im Elektronentransportkreislauf beitragen.
Die Elektronentransportkette ist für den Aufbau eines Elektrochemischen Gradienten verantwortlich, der ATP-Synthese ermöglicht.
Die ATP-Synthese, auch als fotophosphorylierender Prozess bezeichnet, nutzt die Energie des Elektronentransports.
Die Photosynthese ist ein komplexer Prozess, der die Umwandlung von Licht-, Kohlendioxid- und Wasserstoff in Energiereiche Moleküle ermöglicht.
Transcripts
dieses video ist das erste von zwei
videos in denen der molekulare ablauf
der photosynthese dargestellt wird
bei der photosynthese handelt es sich um
einen stoffwechselprozess der von allen
höheren pflanzen algen und manchen
bakterien betrieben wird und bei dem mit
hilfe der strahlungsenergie der sonne
kohlenstoffdioxid und wasser zu klug
hose und sauerstoff umgewandelt werden
die grobe funktionsweise der
photosynthese war dabei schon ziemlich
früh klar dass wasser für die
photosynthese stammt hauptsächlich aus
dem boden
kohlenstoffdioxid nehmen sie aus der
luft auf sie produzieren kohlenhydrate
bzw zucker für ihr wachstum glukose ist
ein einfachzucker ein sogenanntes monats
arid und sie geben sauerstoff ab was für
ein glück für uns menschen dass es sich
beim sauerstoff um abfallprodukt der
pflanze handelt die reaktions gleichung
der photosynthese muss noch ausgeglichen
werden auf beiden seiten müssen gleich
viele atome fanden sein
während auf der rechten seite
beispielsweise sechs kohlenstoffatome
existieren ist es auf der linken seite
nur eins gleich mal die anzahl der
einzelnen atome auf beiden seiten aus
erhält man folgende vollständige summe
gleichung
nun hat man zwar die gleichung für die
photosynthese wichtige einzelheiten des
photosynthese vorgangs bleiben jedoch
unbeantwortet wie zum beispiel welche
chemischen reaktion laufen bei der
photosynthese ab welche rolle spielt das
licht bei dem reaktion und woher stammt
der gebilde zu sauerstoff aus dem co2
oder dem h2 schaut man sich den aufbau
eines platz genauer an erkennt man dass
es aus vielen kleinen zellen besteht bei
der photosynthese sind die vielen
kleinen in der pflanzenzelle
existierenden chloroplasten
chloroplasten sind wiederum durchzogen
von zahlreichen abgeflachten membran
systemen die tilak ui de in deren
membran wiederum zahlreiche pigmente
eingelagert sind vor allem das pigment
chlorophyll dieser genaue aufbau hilft
dabei die komplexen einzelschritte der
photosynthese lokalisieren zu können
einen ersten überblick gibt die
abbildung oben links sie zeigt einen
chloroplasten sie entspricht also der
abbildung rechts
der innenraum des globe lasten
bezeichnet man auch als stromer auch die
sich in den chloroplasten befinden
schüler qi beweisen ein bereich
innerhalb ihrer membran auf das
sogenannte lumen bzw
schüler qi blum die photosynthese selbst
besteht aus zwei abschnitten der licht
reaktion auch primär reaktion die an der
thüler creed membran die das lumen vom
strom abgrenzt stattfindet und der licht
unabhängigen reaktion auch sekundär
reaktion die der licht reaktion nach
gestaltet ist und im stroma stattfindet
bei der licht reaktion die wir uns
nachfolgen detailliert angucken werden
dann wird die lichtenergie in chemische
energie umgewandelt
die den molekülen atp und nad ph
gespeichert wird
bei der licht unabhängigen reaktion oder
dunkel reaktion werden die in der licht
reaktion gebildeten stoffe atp und nad
ph dafür genutzt um in einem
stoffwechselweg der als calvin zyklus
bekanntes kohlenhydrate zu
synthetisieren
hier wird also die lichtenergie nicht
direkt genutzt
dazu im zweiten video mehr
licht ist eine form von energie und die
in den photonen den lichtteilchen
gespeicherte energie kann in andere
energieformen wie wärme energie oder
chemische energie umgewandelt werden
pflanzen und andere fotos sind ethisch
aktive organismen verfügen über pigment
moleküle bzw
rezeptormoleküle die genau dazu in der
lage sind das pigment molekül in vielen
fällen ist das segment chlorophyll
absorbiert die energie des photons und
nimmt dessen energie auf dadurch wird es
aus einem grund zustand mit niedriger
energie in einen angeregten zustand mit
einer höheren energiemenge versetzt die
energie des photons die gemäss nach dem
ersten hauptsatz der thermodynamik nach
dem energie weder erschaffen noch
vernichtet werden kann geht also nicht
verloren sondern es nun im pigment
molekül gespeichert die energie zunahme
des moleküls entspricht also genau der
energie die aus dem photon absorbiert
wurde die überführung eines moleküls in
den angeregten zustand geschieht auf
atom ebene wie folgt die absorption
eines photons hebt ein elektron auf eine
schale die vom atomkern weiter entfernt
ist
dadurch wird das elektronen weniger
stark festgehalten um wodurch es
instabil und chemische reaktionsfreudige
wird ordnen wir diesen prozess räumlich
einmal ein
wie bereits erwähnt findet die licht
reaktion an der thüler camp anstatt die
licht absorbierenden pigmente allen
voran das chlorophyll sind eingelagert
in proteinkomplexe die sogenannten foto
systeme damit genug licht energie auf
einer großen fläche eingefangen wird
lagern sich die chlorophyll moleküle in
sogenannte antennen komplexe auch licht
sammeln komplexe genannt an
sie bündeln die lichtenergie und
übertragen sie auf einen zentralen teil
des fördersystems der als
reaktionszentrum bezeichnet wird
das reaktionszentrum enthält zwei
chlorophyll a moleküle die die energie
abfang und in chemische energie
umwandeln
nachdem das elektron des chlorophyll
moleküls durch die lichteinwirkung auf
ein höheres energieniveau angehoben
wurde und wie bereits erwähnt schwächer
gebunden ist kann es an einer reddoxx
reaktion an
zepter abgegeben werden dass es in der
tilak oid membran weiterreicht eine
oxidation bezeichnete eine chemische
reaktion bei der elektronen abgegeben
werden das chlorophyll molekül verliert
durch das elektron was es ab gibt eine
negative ladung es wird oxidiert das
chlorophyll paar wird als 680 bezeichnet
weil es licht der wellenlänge 680
nanometer am besten absorbieren kann das
oxidierte chlorophyll wird durch das
fehlen des elektrons verhältnismäßig
instabil
es strebt danach einem anderen molekül
ein elektron zu entreißen um seine lücke
aufzufüllen die elektronen mit hilfe
derer die lücke wieder aufgefüllt wird
stammen vom wasser ein großer
proteinkomplex der wasser spaltende
komplex spaltet wassermoleküle in ihre
atomaren bestand seine bei diesem
prozess der wasserspaltung und vorgang
der auch als foto lyse bezeichnet wird
entsteht neben dem sauerstoffatom dass
sich mit einem weiteren sauerstoffatom
zur 2 verbindet und die zelle und
pflanze verlässt positiv geladenen
wasserstoff atome positiv geladen
millionen werden auch als proton
bezeichnet und elektron eins dieser
elektronen besetzt die freie lücke im
foto system 2 damit es übrigens eine der
fragen vom anfang bereits beantwortet
das in der photosynthese gebildet co2
stammt aus dem wasser und nichts was dem
co2 schauen wir uns den weg des
angeregten elektronen sun das von einem
primären akzeptable kühl aufgenommen
wurde und die tilak und membran
durchwandert über unterschiedliche enzym
komplexe nämlich dem platz durch die nun
in dem psycho chrome und dem platz zu
ziehen ihn die um das foto system herum
in die tilak membran eingebettet sind
werden die elektronen vom foto system 2
auf diese weise über ein elektronen
transportkette an der übrigens nicht nur
das primäre akzeptable kühl sondern auch
ganz viele andere elektronen
übertragungs moleküle mitwirken
zum foto system eingeschleust
während des transports wird die im
elektron gespeicherte energie in den
reddoxx systemen vor allem aber im
cytochrom dafür genutzt um proton
ablation vom strom durch die tilak und
membran in den kühler creed innenraum zu
pumpen
die anreicherung von h+ ionen im kühler
creed innenraum bewirkt zusammen mit der
bei der foto lyse entstehenden protonen
die ebenfalls im trilogie blumen
verbleiben
ein konzentrations gefühle das heißt es
befinden sich im innenraum der tilak
bietet deutlich mehr protonen als außen
im strom aufgrund der positiven ladung
der protonen führt der proton transport
nicht nur zu einer änderung der
konzentration sondern auch zu einer
änderung der elektrischen ladung zu
beiden seiten der membran und zum aufbau
einer elektrischen spannung das stroma
ist nun deutlich negativer geladen als
das lumen des typs konzentrations
gradient und elektrischer gradient
werden zusammengefasst als
elektrochemischer gradient das elektron
in dem die energie des photons steckt
wird währen der elektronen
transportkette zunehmend energie emma
erinnert euch die energie kann nicht
verloren gehen die freiwerdende energie
baut den angesprochenen
elektrochemischen gradienten auf diese
energie wird auch als proton motorische
kraft bezeichnet und treibt den
transport der protonen wieder zurück ins
stromer an weil die hydrophobe lipid
doppelschicht der membran und
durchlässig ist für protonen geschieht
der rücktransport der proton über ein
spezielles in der tilak membran
eingelagertes kanal protein nämlich der
atp synthase die atp synthase koppel den
transport der proton an die synthese von
atp sie nutzt also als enzyme die
energie des proton transports um atp aus
adp und einem anorganischen phosphat
rest zu bilden ein prozess der auch als
foto phosphorylierung bezeichnet wird
es würde an dieser stelle zu weit führen
genauer auf die atp synthase einzugehen
aber für das verständnis ist es enorm
hilfreich sich nochmal ins gedächtnis zu
rufen die bildung von adp aus adp und ps
eine energische reaktion dh sie läuft
nur ab wenn der reaktion energie
zugeführt wird
die zugeführte energie in diesem fall
aus dem proton fluss macht atp zu so
einem energiereichen stoff denn die
energie ist jetzt in dem molekül
gespeichert leicht vorstellbar von
welcher bedeutung die bildung von atp
für den zweiten schritt der
photosynthese sein dürfte denn wenn atp
wiederum zu adp und pietro visiert wird
und dadurch die im atp gespeicherte
energie wieder freigesetzt wird eine so
genannte exotische reaktion kann diese
energie wiederum dafür genutzt werden um
energieaufwendige stoffwechselprozesse
eben wie die synthese von kohlenhydrate
wie zum beispiel glukose voranzutreiben
den kopplungs mechanismus von proton
motorischer kraft und atp synthese wird
auch als chemie osmose bezeichnet der
prozess des rückfluss von positiv
geladenen wasserstoff atomen wie hier
dargestellt es auch dringend notwendig
gäbe es diesen mechanismus nicht würde
sich der protonen gradient immer weiter
aufbauen
die ladung und konzentrations
unterschiede auf beiden seiten der
membran also immer größer werden
fassen wir die bisherigen informationen
kurz zusammen die photosynthese
beschreibt einen stoffwechselweg bei den
pflanzen co2 wasser und licht energie
aufnehmen und für die synthese
körpereigene stoffe nutzen allen voran
der zucker glukose neben diesem
kohlenhydrat wird auch molekularer
sauerstoff gebildet die photosynthese
kann in die licht reaktion und in die
licht unabhängige reaktion untergliedert
werden in der licht reaktion wird die
lichtenergie in chemische energie
umgewandelt und atp und nad thw gleich
noch deutlich wird gebildet die licht
unabhängige reaktion nutzt die
lichtenergie nicht direkt sondern sie
verwendet atp und nrd ph um co2 zu
reduzieren und kohlenhydrate zu
synthetisieren
die molekularen vorgänge bei der licht
reaktion sind komplex foto synthetische
aktiv organismen besitzen pigmente das
chlorophyll die in der lage sind licht
des sichtbaren spektrums zu absorbieren
in antennen komplexen angeordnet
absorbieren die pigmente die energie
eines lichtteilchen bzw photons leiten
die energie gebündelt bis zu einem park
dürfen moleküle im reaktionszentrum
eines fotos systems weiter
dadurch wird das elektronen des
chlorophyll molekül das die energie
erhält in einen angeregten zustand
versetzt von einem elektron akzeptiert
aufgenommen ohne über die elektronen
transportkette in der tilak und membran
über hintereinander geschaltete
proteinkomplexe weitergeleitet in einer
abfolge von reddoxx reaktionen wird das
elektron von einem protein komplex zum
nächsten weitergereicht
bei jeder reddoxx reaktion bei der das
elektron wiederholt auf ein anderes
akzeptiert übertragen wird wird ein teil
der energie des elektrons freigesetzt
diese energie treibt den transport von
h+ ionen vom stromer in szilagyi blumen
an wodurch das elektron ein im verlauf
der elektronen transportkette zunehmend
niedrigeres energieniveau besitzt das
elektron ist energie arm und kommt
schließlich im foto system 1 an
auch im foto system eins das als 700
bezeichnet wird weil das licht der
wellenlänge 700 nanometer am besten
auffangen kann absorbieren chlorophyll
moleküle die energie eines photons
wodurch ein elektronen auf dem
chlorophyll molekül gelöst wird die nach
wandern elektronen vom foto system 2
schließen diese lücke das angeregte
elektronen wird nun auf einen weiteren
enzym komplex dem ferry roxy übertragen
und anschließend mittel für eines
weiteren enzyms der rdp plus reduktase
zusammen mit einem weiteren elektron und
zwei positiv geladenen wasserstoff
atomen aus dem stromer auf nad plus
übertragen sodass der energiereiche
wasserstoff überträger nad ph gebildet
wird damit können wir auch den
elektronen transport zusammenfassen der
elektronen transport zieht elektronen
aus dem wasser ab und überträgt sie über
ein elektro und transportkette direkt
auf nad plus das zu einer dpa wird dazu
ist energie erforderlich diese wird
durch die foto systeme 1 und 2
absolviert und damit aufgefangen
außerdem wird chemie osmotische atp
gebildet jetzt wo atp und das
reduktionsmittel nad ph + ab + gebildet
wurde kann der zweite teil schritt der
photosynthese die dunkel reaktion
stattfinden
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