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Ar­beits­blatt: Fo­to­re­ak­ti­on

Lö­sung

Die Fo­to­syn­the­se ver­läuft (ihrer Be­nen­nung ent­spre­chend) in zwei Teil­schrit­ten, die als Fo­to­re­ak­ti­on und Syn­the­se­re­ak­ti­on be­zeich­net wer­den kön­nen.

Abbildung 1

Chlo­ro­phyll ab­sor­biert Licht. Durch die auf­ge­nom­me­ne Licht­ener­gie wer­den Chlo­ro­phyll-Mo­le­kü­le der Fo­to­sys­te­me I (P700) an­ge­regt. An­ders als bei der Fluo­res­zenz fal­len die Chlo­ro­phyll-Mo­le­kü­le nicht unter Aus­sen­dung von Licht­ener­gie auf ihren en­er­ge­ti­schen Grund­zu­stand zu­rück, son­dern über­tra­gen über be­nach­bar­te mem­bran­ge­bun­de­ne Mo­le­kü­le Elek­tro­nen auf NADP+. Diese Elek­tro­nen­über­tra­gung wird an der Au­ßen­sei­te der Thy­la­ko­id­mem­bran durch ein Enzym ka­ta­ly­siert. Pro­to­nen (H+-Ionen) aus dem Stroma la­gern sich an und füh­ren zur Bil­dung von NADPH+H+ (Ab­bil­dung 1 und Info 1).

An den Chlo­ro­phyll-Mo­le­kü­len der Fo­to­sys­te­me I blei­ben Elek­tro­nen­lü­cken zu­rück. Zeit­gleich zu die­sen Vor­gän­gen wird von Chlo­ro­phyll-Mo­le­kü­len der Fo­to­sys­te­me II (P680) Licht ab­sor­biert. Die Chlo­ro­phyll-Mo­le­kü­le wer­den an­ge­regt und über­tra­gen eben­falls Elek­tro­nen auf be­nach­bar­te mem­bran­ge­bun­de­ne Mo­le­kü­le. Diese geben die Elek­tro­nen an die Chlo­ro­phyll-Mo­le­kü­le der Fo­to­sys­te­me I wei­ter. Da­durch wer­den deren Elek­tro­nen­lü­cken ge­schlos­sen und die Mo­le­kü­le in ihren Grund­zu­stand zu­rück­ver­setzt. Nun blei­ben aber an den Chlo­ro­phyll-Mo­le­kü­len der Fo­to­sys­te­me II Elek­tro­nen­lü­cken zu­rück.

Abbildung 2

Diese Elek­tro­nen­lü­cken wer­den durch die en­zym­ka­ta­ly­sier­te Spal­tung von Was­ser­mo­le­kü­len (Fo­to­ly­se, Ab­bil­dung 2) ge­schlos­sen. Die für die Fo­to­ly­se not­wen­di­gen Enzym­komplexe (Wasser­spaltungskomplexe) sind im Thylakoid­innenraum mit den Fo­to­sys­te­men II ver­bun­den. Ge­bil­de­ter Sau­er­stoff (O2) wird ab­ge­ge­ben. Pro­to­nen rei­chern sich im Thy­la­ko­idin­nen­raum an.

Da­durch ent­steht ein Pro­to­nen-Kon­zen­tra­ti­ons­gra­di­ent ge­gen­über dem Stroma. Dies führt zu einem Pro­to­nen­aus­strom durch das Ka­nal­pro­te­in ATP-Syn­tha­se. Die­ses Enzym wan­delt die Bewegungs­energie des Pro­to­nen­stroms in che­mi­sche En­er­gie um, indem ATP-Mo­le­kü­le (Info 2) ge­bil­det wer­den. Der aus der Spal­tung von zwei Was­ser­mo­le­kü­len re­sul­tie­ren­de Pro­to­nen­gra­di­ent reicht für die Bil­dung von min­des­tens drei ATP-Mo­le­kü­len. Die­sen Vor­gang be­zeich­net man als Fo­to­phos­pho­ry­lie­rung.

Somit wurde letzt­lich die En­er­gie des Son­nen­lichts auf den En­er­gie­über­trä­ger ATP über­tra­gen, wes­halb die Fo­to­re­ak­ti­on auch licht­ab­hän­gi­ge Re­ak­ti­on oder Licht­re­ak­ti­on ge­nannt wird. Die bei der Fo­to­re­ak­ti­on frei­wer­den­den Elek­tro­nen wer­den im Re­duk­ti­ons­mit­tel NADPH+H+ ge­bun­den.

Einzelarbeit 40 Min
  1. Lesen Sie den vor­lie­gen­den In­for­ma­ti­ons­text. Be­nut­zen Sie – so­fern not­wen­dig – auch die Hin­ter­grund­in­for­ma­tio­nen zu NADPH (Info 1) und ATP (Info 2).
  2. Stel­len Sie die im Text be­schrie­be­nen Vor­gän­ge mit Hilfe der vor­lie­gen­den Teil­ab­bil­dun­gen mo­dell­haft dar.
  3. Fas­sen Sie die Vor­gän­ge der licht­ab­hän­gi­gen Re­ak­ti­on der Fo­to­syn­the­se zu einer Re­ak­ti­ons­glei­chung mit Sum­men­for­meln zu­sam­men.
  4. Be­ar­bei­ten Sie eines der aus­lie­gen­den Ma­te­ria­li­en 1, 2, 3 oder 4; soll­te bis zur Part­ner­ar­beit noch Zeit sein, gerne ein zwei­tes.

 

 

Partnerarbeit 20 Min
  1. Schlie­ßen Sie sich mit einem Lern­part­ner mit Thema 2 zu­sam­men und stel­len Sie ihm Ihr Er­geb­nis der Auf­ga­be 2 vor.
  2. Er­stel­len Sie mit den An­ga­ben Ihres Lern­part­ners eine sche­ma­ti­sche Ab­bil­dung, die den voll­stän­di­gen Ab­lauf der Fo­to­syn­the­se ver­ein­facht dar­stellt. Si­chern Sie Ihr ge­mein­sa­mes Er­geb­nis fo­to­gra­fisch.
  3. Fas­sen Sie ge­mein­sam Ihre Re­ak­ti­ons­glei­chung zum Teil­schritt Fo­to­re­ak­ti­on (Auf­ga­be 3) mit der Ihres Lern­part­ners zur Syn­the­se­re­ak­ti­on zu einer Ge­samt­re­ak­ti­ons­glei­chung der Fo­to­syn­the­se zu­sam­men.

 

 

Ar­beits­blatt: Fo­to­re­ak­ti­on: Her­un­ter­la­den [docx][30 KB]

Ar­beits­blatt: Fo­to­re­ak­ti­on: Her­un­ter­la­den [pdf][106 KB]

 

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