Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf

Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf Übung

• Benenne die Zellorganellen einer Pflanzenzelle.

  Tipps

  Die Vakuole kann sehr groß sein und viel Wasser oder Zucker speichern.

  Lösung

  In der Mitte der Zelle siehst du die große, wassergefüllte Vakuole. Sie ist ein Speicherorganell der Zelle.
  In Lila ist der Zellkern abgebildet. Er enthält die Erbinformationen auf den Chromosomen und ist die Steuerzentrale der Zelle.
  Das blaue Netzwerk ist das Endoplasmatische Retikulum. Darauf kannst du teilweise rote Punkte sehen. Dies sind die Ribosomen, an welchen die Proteine zusammengesetzt werden.
  Die orangen, bohnenförmigen Gebilde sind die Mitochondrien. Sie erkennst du gut an der gefalteten inneren Membran. Mitochondrien sind sozusagen die Kraftwerke der Zelle. In ihnen läuft die Zellatmung ab.
  Die grünen Zellorganellen sind die Chloroplasten mit den dunkelgrünen Stapeln aus Thylakoiden. In ihnen findet die Fotosynthese statt und zwar mit Hilfe des grünen photoaktiven Farbstoffs Chlorophyll.
  In Rot ist der Golgi-Apparat abgebildet, welcher zusammen mit dem Endoplasmatischen Retikulum unter anderem wichtige Transportaufgaben übernimmt.
  Außen wird die Zelle durch die Zellmembran abgegrenzt und durch die Zellwand stabilisiert. Diese existiert genauso wie die Chloroplasten und die große Zellsaftvakuole nur bei pflanzlichen Zellen. Tierische Zellen haben nur eine Zellmembran.

• Vergleiche Chloroplasten mit Mitochondrien.

  Tipps

  Der Wortteil Chloro stammt aus dem griechischen (chlōrós) und bedeutet hellgrün.

  Lösung

  Die Mitochondrien erkennst du an der inneren stark gefalteten Membran.
  Mitochondrien sind für die Zellatmung zuständig. Hierbei wird aus Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff (${O_2}$) Wasser (${H_2O}$) und Kohlenstoffdioxid (${CO_2}$) erzeugt.
  Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle.

  Die Chloroplasten erkennst du an den Thylakoiden, die ähnlich wie ein Stapel Pfannkuchen aussehen.
  Sie kommen nicht in tierischen Zellen vor und enthalten Chlorophyll. Dies ist ein fotoaktives Farbpigment, welches gewisse Spektren des Sonnenlichts absorbieren kann und dadurch Energie aufnimmt.
  In Chloroplasten findet also die Fotosynthese statt. Diese stellt sozusagen die Umkehrung der Zellatmung dar. Es wird also aus Wasser (${H_2O}$) und Kohlenstoffdioxid (${CO_2}$) mit Hilfe des Sonnenlichts, Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff (${O_2}$) erzeugt.

• Fasse zusammen, was du über Pflanzen und Tiere weißt.

  Tipps

  Die Farbe, welche du mit deinem Auge siehst, wird nicht von dem Stoff absorbiert.

  Lösung

  Thylakoidstapel kommen in Chloroplasten vor, nicht in Mitochondrien, und somit nur in Pflanzenzellen.
  Mitochondrien hingegen kommen sowohl in tierischen, als auch pflanzlichen Zellen vor, denn sie sind die Kraftwerke der Zelle und erzeugen Energie für wichtige Stoffwechselprozesse. Dazu gehören zum Beispiel auch Transportvorgänge und die Aufnahme von wichtigen Stoffen.
  In den Mitochondrien findet also die Zellatmung statt.
  Pflanzen betreiben somit sowohl Fotosynthese als auch Zellatmung. Da Pflanzen Chloroplasten und somit das Fotopigment Chlorophyll besitzen, können sie aus Sonnenlicht Energie erzeugen.
  Chlorophyll absorbiert das grüne Farbspektrum des Lichts nicht, sondern reflektiert dieses und erscheint daher grün.
  Mit Hilfe des aufgenommenen Sonnenlichts produzieren Pflanzen über die Fotosynthese Glucose. Dabei wird Sauerstoff produziert und Kohlenstoffdioxid verbraucht.
  Um Gase aufzunehmen und abzugeben, besitzen Pflanzen auf ihrer Blattunterseite Spaltöffnungen.
  Bei der Fotosynthese werden aus energiearmen Stoffen wie Kohlenstoffdioxidstoff und Wasser, energiereichere Stoffe wie Glucose produziert.
  Menschen hingegen atmen Kohlenstoffdioxid aus und verbrauchen Sauerstoff.
  In Summe stellen Pflanzen mehr Sauerstoff und Glucose her, als sie verbrauchen. Pflanzen sind somit photoautotrophe Organismen.
  Alle Tiere und auch die Menschen hingegen sind heterotrophe Lebewesen. Sie sind auf Pflanzen angewiesen, und zwar sowohl auf deren Sauerstoffproduktion als auch als Nahrungsquelle, und können sich nicht selbstständig versorgen.

• Ordne die protokollierten Beobachtungen und ihre Interpretationen aus der Versuchsreihe.

  Tipps

  Die Zellatmung und die Fotosynthese stellen sozusagen umgekehrte Reaktionen dar.

  Lösung

  In der Luft ist Sauerstoff, den sowohl die Flamme der Kerze, als auch die Maus benötigen.
  Unter der geschlossenen Glasglocke ist der Sauerstoff jedoch schnell verbraucht, da keine frische Luft und somit kein Sauerstoff nachströmen kann.
  Außerdem erzeugen sowohl die Flamme, als auch die Maus Kohlenstoffdioxid. Dadurch erstickt die Flamme und die Maus wird ohnmächtig.
  Würden die Maus und die Kerzenflamme gleichzeitig unter der Glasglocke eingeschlossen sein, würde der Sauerstoff noch schneller verbraucht werden. Die Flamme würde früher erlöschen und die Maus noch schneller ohnmächtig werden.
  Die Pflanze sorgt unter der Glasglocke hingegen dafür, dass die Maus weiter Sauerstoff zum Atmen hat. Denn mit Hilfe der Fotosynthese kann die Pflanze den von der Maus ausgeatmeten Kohlenstoffdioxid nutzen und Sauerstoff produzieren. Dazu braucht die Pflanze neben Wasser vor allem Sonnenlicht.
  Tiere sind Konsumenten, welche ohne Pflanzen nicht leben könnten. Sie ernähren sich von ihnen. Menschen und Tiere sind heterotroph. Sie sind energetisch von Pflanzen abhängig.
  Pflanzen hingegen sind Produzenten und autotroph. Das bedeutet, sie sind energetisch selbstständig.

• Gib die jeweilige Bedeutung der aufgeführten Begriffe für die Fotosynthese wieder.

  Tipps

  Menschen atmen Kohlenstoffdioxid aus.

  Lösung

  Kohlenstoffdioxid wird als Gas von der Pflanze über die Blätter aufgenommen und zur Fotosynthese genutzt.
  Das zur Fotosynthese benötigte Wasser nimmt die Pflanze über die Wurzeln auf.
  Sauerstoff wird durch Pflanzen bei der Fotosynthese erzeugt.
  Dazu braucht die Pflanze Lichtenergie.
  Das Licht wird durch das Chlorophyll in den Chloroplasten aufgenommen, denn dieses ist ein photoaktives Farbpigment.
  Als weiterer wichtiger Stoff entsteht bei der Fotosynthese Zucker, welcher oft als Stärke in den Pflanzen gespeichert wird und somit Tieren und Menschen als Nahrungsquelle dienen kann wie zum Beispiel Kartoffeln.

• Interpretiere die Graphik in Bezug auf die Leuchtmittel in den Experimentierräumen.

  Tipps

  Die Pflanzen sind ursprünglich gleich groß und werden in beiden Räumen mit genügend Wasser versorgt. Zudem haben die Experimentierräume keine weiteren Fenster oder Lichtquellen.

  Lösung

  Die Leuchtmittel in Raum A produzieren Licht im Wellenlängenbereich von 425–525 nm. Dies entspricht genau dem Wellenlängenbereich, bei welchem die Fotosyntheserate der Pflanzen bzw. die Absorptionsfähigkeit des Chlorophyll b ein Maximum aufweisen. Dies erkennst du in der Graphik an der Bergspitze, den ersten Hochpunkten.
  In Raum B hingegen befinden sich Leuchtmittel, welche Licht in einem Wellenlängenbereich produzieren, bei dem die Fotosyntheserate relativ niedrig ist. Das erkennst du daran, dass der Graph sich bei 550–650 nm in einem Tal, mit Tiefpunkt, befindet.
  In Raum A kann daher mehr und schneller Kohlenstoffdioxid und Wasser in Glucose und Sauerstoff umgewandelt werden. Der Zucker kann als Speicherstoff und Energiequelle von den Pflanzen selbst genutzt werden, zum Beispiel um zu wachsen, oder auch anderen Lebewesen als Nahrung dienen.
  Die Fotosyntheserate steht also im Zusammenhang mit dem Pflanzenwachstum und kann über die Menge an entstandenem Sauerstoff gemessen werden, denn dieser wird ja bei der Fotosynthese freigesetzt.