In welchem zellulären Kompartiment läuft der Calvin-Zyklus ab? Erläutern Sie, warum das Molekulargewicht der meisten am Calvin-Zyklus beteiligten Enzyme im aktiven Zustand kleiner ist als direkt nach der Translation! Nennen Sie ein Enzym des Calvin-Zyklus! In welchem zellulären Kompartiment ist Plastocyanin lokalisiert? (12P)
in Stomata der Chloroplasten
viele Enzyme des Chloroplasten sind im Kern codiert —> Synthese an Ribosomen im Cytosol —> Import durch TOC/TIC-Komplex —>für Import wird ein Transitpeptid benötigt, das am Enzym anhängt —> hohes Molekulargewicht —> nach dem Import wird Transitpeptid durch Proteasen entfaltet —> geringes Molekulargewicht
Enzym: RubisCo
Plastocyanin ist im Thylakoidlumen der Chloroplasten lokalisiert (am Elektronentransport zw. Fotosystem I und II beteiligt, nicht am Calvin-Zyklus selbst)
Was ist mit Genfluss gemeint? Wie geschieht Genfluss im Pflanzenreich vor allem? Nennen Sie 2 Mechanismen, möglichst unter Nennung des jeweiligen Fachbegriffs. (8P)
Genfluss: Der Ein- & Austrag von Allelen aus einer Population durch Ein- & Auswanderung von Individuen
Mechanismen:
Pollenverbreitung
Anemophilie (durch Wind)
Zoophilie (durch Tiere)
Samenverbreitung
Anemochorie (durch Wind)
Zoochorie (durch Tiere)
Enthalten die Gene im Plastidengenom Introns? Begründen Sie Ihre Antwort! (4P)
—> Nein
in den meisten Fällen enthalten Plastidengene keine oder nur wenige Introns
Plastidengenome sind im Vgl. zu Genomen des Zellkerns kompakter (einige Pflanzen können Ausnahmen darstellen)
plastidische Gene neigen dazu intronär weniger komplex zu sein
Was lässt sich bei Licht in diesem Versuchsaufbau beobachten und warum? (6P)
Quecksilbersäule steigt, d.h. Unterdruck entsteht
im Licht werden die Stomata geöffnet
—> es kommt zur Transpiration & zu einem Transpirationssog im Xylem
Wasser fließt nach
Erklären (nicht: Beschreiben) Sie den Kurvenverlauf in der Abbildung.
Insbesondere: Warum sinkt die Phosphat-Aufnahme im Dunkeln nicht abrupt, sondern allmählich über mehrere Tage ab, steigt dann aber schneller wieder an? (10P)
Phosphataufnahme ist Energieabhängig, es wird also ATP benötigt, da Phosphat als Anion entgegen des negativen Membranpotential im Symport mit H+ aufgenommen werden muss
Wurzelzelle bekommt ATP durch Zuckeraufnahme über das Phloem; Zucker = Glucose: wird durch Photosynthese erzeugt —> Lichtabhängig
Ohne Licht kann die Photosynthese nicht mehr stattfinden, es wird also keine neue Glucose mehr gebildet, also keine Energie mehr, somit versiegt Phosphataufnahme langsam
Bei Licht steigt die Phosphataufnahme schnell an, da wieder Zucker synthetisiert wird & so Energie für die Aufnahme vorhanden ist
Zeichnen Sie unter Verwendung einer y-Achse das Z-Schema der Photosynthese mit den wichtigen Proteinkomplexen und mobilen Elektronenüberträgern! (9P)
Kreuzen Sie bei den folgenden Aussagen an, ob sie richtig oder falsch sind! (12P)(Falsch angekreuzte Kästchen geben Minuspunkte!)
a. richtig
b. richtig
c. falsch
d. richtig
e. falsch
f. richtig
g. falsch
h. falsch
Wie unterscheidet sich der zyklische vom nicht-zyklischen Elektronentransport bei der Photosynthese in Bezug auf den Ablauf und die produzierten energiereichen Verbindungen? (6P)
Beim zyklischen Elektronentransport werden Elektronen vom Ferredoxin zurück in den Plastochinon-Pool eingespeist & nicht wie beim nicht-zyklischen auf NADP+ übertragen.
Beim zyklischen Elektronentransport wird also kein NADPH gebildet, jedoch verstärkt ATP, durch die Oxidation des Plastochinonsystems an der Lumen-Seite & Reduktion an der Stroma-Seite. Dadurch wird eine pmf (=proton motive force) aufgebaut.
Erklären Sie, warum eine Pflanze unter Wassermangel mehr Chlorophyll-Fluoreszenz zeigt als eine gut mit Wasser versorgte (bei ansonsten gleichen Bedingungen)! Ist die Chlorophyll-Fluoreszenz auch bei niedrigeren Temperaturen erhöht? Begründen Sie Ihre Antwort! ( 12P)
bei Wassermangel Stomata geschlossen (da sonst zu viel Wasser verdunstet = Transpiration), dadurch keine CO2-Aufnahme
CO2 wichtig für den Calvin-Zyklus, ohne CO2 kann er nicht ablaufen
Thylakoidreaktion läuft aber weiterhin —> NADPH & ATP werden produziert, können aber im Calvin-Zyklus nicht verbraucht werden —> Rückstau (Strahlungsenergie vom Chlorophyll kann nicht abfließen) —> Abstrahlung überschüssiger Energie in Form von Fluoreszenz
Bei niedrigen Temperaturen wird die Fluoreszenz auch erhöht sein, da bei niedrigen Temperaturen die Enzyme nicht im Temperatur-Optimum arbeiten & somit langsamer sind; dadurch kommt es immer noch zu einem Rückstau
==> Ja
da niedrige Temperaturen die Photosyntheseaktivität beeinträchtigen können, da viele enzymatische Reaktionen in diesem Prozess temperaturabhängig sind
bei niedr. Temperatur können Enzyme der Photosynthese weniger effizient arbeiten —> Ungleichgewicht zw. Absorbierten Lichtenergie & tatsächlichen Nutzen in der Photosynthese
Warum enthält der Begriff Crassulaceen-Säure-Stoffwechsel (engl. Abgekürzt CAM) den Begriff „Säure“? Erklären Sie dies anhand der wesentlichen Schritte des CAM. (10P)
—> weil eine der zentralen chemischen Verbindungen, die während dieses speziellen Stoffwechselwegs gebildet wird, eine organische Säure ist
Wesentlichen Schritte des CAM-Stoffwechsels:
Dunkelphase (Nachtzeit):
CAM-Pflanzen öffnen Stomata, um CO2 aufzunehmen; geschieht, wenn Umgebung kühler/feuchter, was Wasserverlust durch Transpiration reduziert
aufgenommenes CO2 wird mit PEP kombiniert —> bildet Oxalacetat (organische Säure)
Frühe Morgenstunden (Morgentau):
gebildetes Oxalacetat wird zu Malat oder Asparaginsäure umgewandelt und in Vakuolen der Zelle gespeichert —> Säuren dienen als temporäre Kohlenstoffspeicher
Lichtphase (Tageszeit):
Sonne scheint —> Stomata geschlossen, um Wasserverlust zu minimieren
nachts gespeicherte(s) Malat oder Asparaginsäure wird in Chloroplasten decarboxyliert —> Freisetzung von CO2 für Photosynthese —> trägt zur Bildung von Triosephosphat und zur weiteren Kohlenstofffixierung bei
Nehmen wir vereinfacht an, dass ein neugebildetes Blatt ca. 6 g Kohlenstoff enthält und dieser Kohlenstoff zu 60% aus Glucose-Einheiten besteht. Das Molekulargewicht von Glucose ist ca. 180 g/mol. Schätzen Sie nachvollziehbar ab, wie viele Mol ATP in diese Synthese investiert wurden:
a. für eine C3-Pflanze
b. für eine C4-Pflanze.
Wie viele ATP-Moleküle sind das jeweils in etwa? (10P)
C3: 3 Mol ATP/Mol CO2 ; C4: 5 Mol ATP/Mol CO2
Verbraucht pro Synthese: 0,01 Mol
—> Glucose ist ein C6-Körper
—> 1 Mol = 6,022*10^23 Teilchen
==> C3: 3 ATP/CO2 * 6 * 0,01 * 6,022*10^23 = 0,18 * 6,022* 0^23 Teilchen
==> C4: 5 ATP/CO2 * 6 * 0,01 * 6,022*10^23 = 0,30 * 6,022* 0^23 Teilchen
Welcher Prozess ist hier dargestellt? Wofür stehen die Buchstaben a bis h? In welchen Habitaten dominieren Pflanzen, die diesen Prozess ausprägen? Wie lässt sich das erklären? (16P)
==> C4-Photosynthese
a. Bündelscheiden
b. Mesophyll
c. Pyruvat
d. HCO3-
e. Calvin-Zyklus
f. Saccharose
g. Oxalacetat
h. Stärke
==> trockene Standorte
—> besser an Wasserknappheit angepasst
—> nutzen effizienter Lichtenergie
—> reduzieren den Wasserverlust durch Transpiration
Positionieren Sie Nitrat im globalen Stickstoff-Kreislauf. Begründen Sie, warum nitratreiche Pflanzen wie Kopfsalat, Spinat oder Rucola am Abend geerntet werden sollten. (10P)
Nitratreiche Pflanzen wie Kopfsalat, Spinat oder Rucola sollten am Abend geerntet werden, wenn die Nitratkonzentration wahrscheinlich niedriger ist als tagsüber. Dies minimiert potenzielle gesundheitliche Risiken und berücksichtigt tageszeitliche Schwankungen.
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