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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.

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