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Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf

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Team Digital
Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf
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Grundlagen zum Thema Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf

Inhalt

Fotosynthese und Zellatmung – Biologie

Hast du dich schon einmal gefragt, woher die Energie kommt, die dein Körper benötigt? Die Antwort auf diese Frage erfährst du in diesem Text. Fotosynthese und Zellatmung sind zentrale Prozesse im Stoffkreislauf der Natur. Pflanzen produzieren mithilfe der Energie aus dem Sonnenlicht energiereiche, organische Stoffe und Sauerstoff. Dieser Prozess wird Fotosynthese genannt. Pflanzen sind also Produzenten, sie stellen ihre eigenen energiereichen, organischen Stoffe her und sind somit energetisch unabhängig von anderen Organismen. Diese Lebensweise trägt die Bezeichnung autotroph. Konsumenten, also Tiere und auch wir Menschen, benötigen für den Stoffwechsel die Energie aus den Pflanzen. Über die Nahrung nehmen Konsumenten die in den pflanzlichen Stoffen gespeicherte Energie auf und im Prozess der Zellatmung wird diese freigesetzt. Tiere und Menschen sind also von den energiereichen Stoffen der Pflanzen abhängig, diese Lebensweise wird als heterotroph bezeichnet. In den folgenden Abschnitten wird der Zusammenhang zwischen Fotosynthese und Zellatmung genauer erläutert.

Fotosynthese

Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten der Pflanzenzellen statt, die den grünen Farbstoff Chlorophyll enthalten. Wasser ($\ce{H2O}$) wird aus den Wurzeln in die Blätter transportiert. Über die Spaltöffnungen an den Unterseiten der Blätter nehmen die Pflanzen Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) auf. Das Chlorophyll absorbiert energiereiches Sonnenlicht. Diese Energie wird genutzt, um das Wasser und das Kohlenstoffdioxid zu spalten. In einem mehrstufigen chemischen Prozess werden diese Stoffe zu Glucose (Traubenzucker, $\ce{C6H12O6}$) umgebaut. Die Glucose enthält jetzt die Energie, die von den Pflanzen in Form des Sonnenlichts aufgenommen worden ist. Einen Teil der Glucose benötigt die Pflanze für den eigenen Stoffwechsel, der Rest wird als Stärke gespeichert. Als Nebenprodukt entsteht bei der Fotosynthese Sauerstoff ($\ce{O2}$), der wiederum bei der Zellatmung benötigt wird.

Zellatmung

Alle Lebewesen, auch die Pflanzen, benötigen Energie, um die lebensnotwendigen Prozesse im Körper aufrechterhalten zu können. Diese Energie wird in den Mitochondrien erzeugt, die aus diesem Grund auch als Kraftwerke der Zelle bezeichnet werden und im Aufbau den Chloroplasten ähnlich sind. In den Mitochondrien reagiert in mehreren Schritten Glucose mit Sauerstoff, dabei wird die Energie in Form von ATP freigesetzt. Wie du siehst, verbrauchen Pflanzen einen Teil ihres produzierten Sauerstoffs selbst. Als Nebenprodukt der Zellatmung entsteht Kohlenstoffdioxid, das von Tier und Mensch ausgeatmet wird und von den Pflanzen wieder für die Fotosynthese genutzt werden kann. Im Prinzip ist die Zellatmung der Umkehrprozess der Fotosynthese. Damit kennst du nun die beiden Prozesse und weißt, was der Unterschied zwischen Fotosynthese und Zellatmung ist.

Kreislauf Fotosynthese und Zellatmung

Fotosynthese und Zellatmung – Formel

Vielleicht kennst du aus dem Chemieunterricht schon die Möglichkeit, chemische Reaktionen mit Formeln darzustellen. Für die Fotosynthese und die Zellatmung lauten die Formeln wie folgt:

Fotosynthese: $\ce{6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2}$

Zellatmung: $\ce{C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O}$

Dieses Video zur Zellatmung

In diesem Video werden dir Fotosynthese und Zellatmung einfach erklärt. Nach dem Betrachten des Videos hast du die Möglichkeit, Arbeitsblätter zum Thema Fotosynthese und Zellatmung zu bearbeiten.

Transkript Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf

Du kennst das bestimmt auch: Du liegst auf der Couch, siehst dir deine Lieblingsserie an und dein Magen knurrt. Jetzt aufstehen und was zu Essen suchen? Viiiiel zu anstrengend! Dein Blick fällt auf die Topfpflanze am Fensterbrett: wie macht die das eigentlich mit der Nahrung und woher bekommt sie ihre Energie? Sofatutor, stets zu Diensten: Hier kommt ein Video zur Klärung deiner Fragen. Heute geht es um „Fotosynthese, Zellatmung und Stoffkreislauf“. Menschen und Tiere müssen Essen um Energie zu bekommen – zum Beispiel über pflanzliche Nahrung. Diese Ernährungsform, also in Abhängigkeit von anderen Lebewesen, wird als „heterotroph“ bezeichnet. Der Begriff kommt aus dem Griechischen und kann mit „sich von anderen ernährend“ übersetzt werden. Pflanzen hingegen ernähren sich „autotroph“, was so viel bedeutet wie „sich selbst ernährend“. Sie sind in der Lage, die benötigten Stoffe selbst zu produzieren, was sie unabhängig von anderen Organismen macht. Der Begriff Stoffkreislauf bedeutet in diesem Sinne also zum Glück nicht, dass die Pflanze uns essen muss, um Energie zu gewinnen. Im Stoffkreislauf der Natur werden Pflanzen als „Produzenten“ bezeichnet – sie produzieren „Biomasse“. Wir Menschen, Tiere und andere heterotrophe Organismen, benötigen und verbrauchen diese Produzenten und werden als „Konsumenten“ bezeichnet. Hinter den Begriffen „Fotosynthese“ und „Zellatmung“ befinden sich die Vorgänge, die den Pflanzen Energie liefern, um sich fortzupflanzen und wachsen zu können. So weit, so gut. Wir starten mit der Fotosynthese. Dieses Wort ist dir sicher schon einmal begegnet. Es kommt aus dem Altgriechischen und dabei leitet sich „Fotos“ von „Phos“ ab, was mit „Licht“ übersetzt werden kann. „Synthese“ steht für „Zusammensetzung“. So sieht die Gleichung dieses „biochemischen Prozesses“ aus – gehen wir sie einmal Schritt für Schritt durch. Das Wasser nehmen die Pflanzen über ihre Wurzeln auf und transportieren es über feine Leitungen BIS in die Blätter. Kohlenstoffidioxid, das sich in unserer Umgebungsluft befindet, kann über Spaltöffnungen an der Unterseite der Blätter aufgenommen werden. Das Licht steuert die Sonne bei. Damit haben wir schon einmal die Zutaten, die die Pflanze für die Fotosynthese braucht. Und damit lenken wir unsere Aufmerksamkeit in die Pflanze und zwar auf jene Teile der Pflanzenzelle, die für die grüne Farbe zuständig sind: auf die „Chloroplasten“, genauer gesagt den grünen Blattfarbstoff darin, das „Chlorophyll“. Chlorophyll nimmt in der Fotosynthese eine zentrale Rolle ein – denn genau hier wird das energiereiche Sonnenlicht absorbiert, also aufgenommen, und mit dieser Energie können Wasser und Kohlenstoffdioxid gespalten werden. So entstehen nach einem mehrstufigen chemischen Prozess... „Glucose“, also Traubenzucker und „Sauerstoff“. Unsere Fotosynthese Gleichung ist damit komplett. In der Glucose ist letztlich die Energie enthalten, die anfangs durch die Sonne aufgenommen wurde. Diese Glucose wird zum Teil in Form von Stärke gespeichert, damit die Pflanze beispielsweise auch nachts, wenn keine Sonne scheint, versorgt ist. Den anderen Teil verwertet die Pflanze direkt selbst. Der entstandene Sauerstoff bei der Reaktion ist bei Menschen und Tieren hoch angesehen, die Pflanze braucht nur einen geringen Teil davon selbst. Wozu, schauen wir uns jetzt an. Somit widmen wir uns nun der „Zellatmung“. Dazu werfen wir wieder einen Blick in eine Zelle, ganz egal ob Pflanzen- oder Tierzelle. „Mitochondrien“ sind der Ort, an dem Energie erzeugt wird und werden daher auch als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Dabei reagieren die in der Fotosynthese entstehenden Stoffe Glucose und Sauerstoff so miteinander, dass Energie in Form von „ATP“ freigesetzt wird. ATP ist der wichtigste Energieträger der Lebewesen und wird dir in der Biologie noch häufig begegnen. Als Nebenprodukte entstehen bei der Zellatmung Kohlenstoffdioxid und Wasser. Na, fällt dir was auf? Die Zellatmung ist quasi der Umkehrprozess der Fotosynthese. Dadurch ergibt sich am Ende wieder ein Kreislauf. So und damit sind wir bei der Zusammenfassung des heutigen Themas angekommen. Wir haben heute gelernt, dass Pflanzen autotroph sind und zu den Produzenten gehören. Sie produzieren Biomasse. Menschen und Tiere sind heterotroph und Konsumenten. Sie erhalten ihre Energie, indem sie Produzenten zu sich nehmen. Außerdem haben wir uns die Fotosynthese und die Zellatmung angesehen und gelernt, dass beide Prozesse einen Kreislauf bilden. Bei der Fotosynthese wandeln grüne Pflanzen Kohlenstoffdioxid und Wasser mithilfe von Lichtenergie in Sauerstoff und Glucose um. Aus Sauerstoff und Glucose werden daraufhin in den Mitochondrien der Zellen im Prozess der Zellatmung Kohlenstoffdioxid und Wasser hergestellt. Alles klar, einiges gelernt heute. Das bedeutet allerdings leider auch, dass du aufstehen musst, um an Essen zu kommen. Es sei denn.

5 Kommentare

5 Kommentare
  1. Mega 😃

    Von Juliastaude, vor 2 Tagen
  2. Danke

    Von Maximilian, vor 3 Tagen
  3. Super, kann es jetzt endlich 😃

    Von Tilda, vor 11 Tagen
  4. Tolles Video
    Hat mir sehr geholfen

    Von Latifa, vor 11 Tagen
  5. Schönes Video👍

    Von Milaa_ArmyBTS, vor etwa 2 Monaten

Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe, auf welche Art sich Pflanzen und Tiere ernähren.

    Tipps

    Autotroph stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie „sich selbst ernähren“.

    Vier der Aussagen sind richtig.

    Lösung

    Pflanzen produzieren mithilfe von anorganischen Stoffen und der Energie aus dem Sonnenlicht energiereiche, organische Stoffe und Sauerstoff. Dieser Prozess wird Fotosynthese genannt.
    Pflanzen sind also Produzenten: Sie produzieren ihre eigenen energiereichen, organischen Stoffe und sind somit energetisch unabhängig von anderen Organismen.
    Diese Lebensweise trägt die Bezeichnung photoautotroph.

    Konsumenten – dazu zählen auch Tiere und Menschen – benötigen für den Stoffwechsel die Energie und den Kohlenstoff aus den Pflanzen.
    Über die Nahrung nehmen Konsumenten organische, energiereiche Stoffe auf und im Prozess der Zellatmung wird diese Energie freigesetzt.
    Tiere und Menschen sind also von den energiereichen, organischen Stoffen der Pflanzen abhängig.
    Diese Lebensweise wird als chemoheterotroph bezeichnet.

  • Beschreibe den Prozess der Fotosynthese.

    Tipps

    Das Wort Chlorophyll stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet „hellgrün“.

    Wenn es regnet, sickert Wasser in den Boden. Wie kommt es von dort in die Pflanze?

    „Traubenzucker“ ist ein anderes Wort für Glucose.

    Lösung

    Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten der Pflanzenzellen statt. Diese enthalten grüne Blattfarbstoffe: die Chlorophylle.

    Wasser ($\ce{H2O}$) gelangt über die Wurzeln in die Pflanze. Über die Spaltöffnungen der Blätter nehmen die Pflanzen Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) auf. Das energiereiche Sonnenlicht wird über das Chlorophyll absorbiert.

    In einem mehrstufigen chemischen Prozess werden diese Stoffe zu Traubenzucker ($\ce{C6H12O6}$), fachsprachlich auch Glucose genannt, umgebaut.

    Die Glucose enthält jetzt die Energie, die von den Pflanzen in Form des Sonnenlichts aufgenommen worden ist. Einen Teil der Glucose benötigt die Pflanze für den eigenen Stoffwechsel. Die restliche Glucose wird als Stärke eingespeichert. Als Nebenprodukt der Fotosynthese entsteht Sauerstoff, welcher die chemische Formel $\ce{O2}$ hat.
    Wie die Glucose wird der Sauerstoff für die Zellatmung benötigt, um Energie zu gewinnen.

  • 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 nur in pflanzlichen Zellen vor und enthalten Chlorophyll. Dies ist ein fotoaktives Farbpigment, welches gewisse Spektren des Sonnenlichts absorbieren kann und dadurch Energie aufnimmt.
    In Chloroplasten findet die Fotosynthese statt. Diese stellt sozusagen die Umkehrung der Zellatmung dar. Es wird also aus Wasser (${H_2O}$) und Kohlenstoffdioxid (${CO_2}$) mithilfe des Sonnenlichts Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff (${O_2}$) erzeugt.

  • Stelle den Zusammenhang zwischen der Fotosynthese und der Zellatmung dar.

    Tipps

    Auf den roten und grünen Pfeil gehören die Summenformeln.

    Über die Zellorganellen gehören die Bezeichnungen für die dort stattfindenden Prozesse.

    An die schwarzen Pfeile gehören die Namen der Zellorganellen.

    Lösung

    Die Zellorganellen der Pflanzen, in denen die Fotosynthese abläuft, heißen Chloroplasten. Im Inneren der Chloroplasten befinden sich stapelartige Membrangebilde. Kohlenstoffdioxid und Wasser ($\ce{CO2 + H2O}$) werden in den Chloroplasten mithilfe der Lichtenergie der Sonne aufgespalten und über einige Zwischenschritte zu Glucose, also Traubenzucker, sowie Sauerstoff neu zusammengesetzt ($\ce{C6H12O6 + O2}$).

    Energie wird allerdings nicht nur zum Aufbau organischer Verbindungen benötigt, sondern auch um im Energiestoffwechsel alle möglichen Arten von Arbeit voranzutreiben, etwa die Aufnahme von Mineralien oder den Transport von Stärke aus den Blättern in andere Pflanzenteile.

    Dafür ist Energie in Form von ATP notwendig. Sie entsteht bei der sogenannten Zellatmung. Dafür sind in der Zelle die Mitochondrien zuständig. Die Zellatmung ist im Grunde genommen der Umkehrprozess der Fotosynthese:

    Kohlenhydrate werden in den Mitochondrien zum Energieträger Glucose umgebaut, der in mehreren Schritten mit Sauerstoff reagiert. Dabei wird Energie in Form von ATP freigesetzt und als Abfallstoffe bleiben Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig.

    Insgesamt erzeugen Pflanzen jedoch mehr Sauerstoff, als sie selbst verbrauchen.

  • Kennzeichne die richtigen Aussagen zur Zellatmung bzw. zur Fotosynthese.

    Tipps

    Pflanzen betreiben Fotosynthese. Sie benötigen dafür Licht.

    Zellatmung findet in Pflanzen- und Tierzellen statt. Mitochondrien befinden sich in jeder Zelle.

    Lösung

    Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten der Pflanzenzelle statt.
    In den Mitochondrien findet der Prozess der Zellatmung statt.

    Bei der Zellatmung sind Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff die Ausgangsstoffe. Es entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Außerdem entsteht Energie in Form von ATP.

    Bei der Fotosynthese sind Kohlenstoffdioxid und Wasser die Ausgangsstoffe. Mithilfe von Licht entstehen Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff.

  • Stelle die Reaktionsgleichungen zu Fotosynthese und Zellatmung richtig dar.

    Tipps

    Lies dir den Text, den du oben findest, genau durch. Darin findest du bereits Tipps, die dir helfen könnten, die Reaktionsgleichungen aufzustellen.

    Lösung

    Für die Fotosynthese und die Zellatmung lauten die Reaktionsgleichungen wie folgt:

    • Fotosynthese: $\ce{6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2}$
    • Zellatmung: $\ce{C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O}$
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