1. Erklären Sie „Katabolismus“ und „Anabolismus“.
Katabolismus umfasst Stoffwechselvorgänge, bei denen organische Moleküle abgebaut werden, um Energie zu gewinnen; Anabolismus baut komplexere Moleküle unter Energieverbrauch auf. Beide sind energetisch über ATP gekoppelt.
2. Geben Sie ein Beispiel aus dem Alltag für eine exergone Reaktion, die nicht spontan abläuft. Gehen Sie dabei auf den Begriff „Aktivierungsenergie“ ein.
Die Verbrennung von Benzin mit Luftsauerstoff ist stark exergon, benötigt jedoch Aktivierungsenergie, z.B. durch ein Zündholz, um zu starten.
3. Ist die Zellatmung ein endergoner oder exergoner Prozess?
Die Zellatmung ist ein exergoner Prozess, bei dem energiereicher Zucker in energieärmeres Kohlendioxid und Wasser umgewandelt wird.
4. Wie koppelt ATP exergone und endergone Reaktionen. Erklären Sie mit einem Beispiel.
ATP speichert Energie aus exergonen Reaktionen und gibt sie bei Bedarf für endergone Reaktionen frei, z.B. bei der Synthese von Proteinen.
5. Was wird unter der Oxidation und Reduktion von Molekülen verstanden?
Oxidation ist die Abgabe, Reduktion die Aufnahme von Elektronen durch Moleküle.
6. Was ist NAD+? Erkläre seine biologische Funktion.
NAD+ ist ein Elektronenüberträger in Stoffwechselreaktionen, wie der Zellatmung.
7. Nenne die drei Teilschritte der Zellatmung und erkläre diese kurz. In welchem Teilschritt wird am meisten ATP produziert? Zeichnen Sie ein Schema.
1. Glykolyse: Abbau von Glukose zu Pyruvat, ATP und NADH entstehen. 2. Citrat-Zyklus: Pyruvat wird zu CO2 abgebaut, NADH, FADH und ATP entstehen. 3. Elektronentransportkette: Elektronen erzeugen eine protonenmotrische Kraft, die viel ATP produziert.
8. Wie kommt eine protonenmotrische Kraft zustande und wie wird sie genutzt?
Elektronen aus NADH und FADH pumpen Protonen durch die Elektronentransportkette in den Zwischenmembranraum, wodurch eine protonenmotrische Kraft entsteht, die von der ATP-Synthase genutzt wird.
9. Erklären Sie kurz den Begriff anaerobe Atmung? Wieso sagt man trotzdem Atmung?
Anaerobe Atmung benötigt keinen Sauerstoff und nutzt einen anderen terminalen Elektronenakzeptor, funktioniert aber ähnlich wie die normale Zellatmung.
10. Was sind saure Beine? Wie entstehen sie?
Saure Beine entstehen durch die Milchsäuregärung (Laktat) bei unzureichender Sauerstoffversorgung der Muskulatur unter hoher Belastung.
11. Was ist ein Coenzym? Nennen Sie ein Beispiel.
Ein Coenzym ist ein Molekül, das für enzymatische Reaktionen unerlässlich ist, z.B. NAD+ in der Zellatmung.
12. Warum sind Pflanzen grün?
Pflanzen sind grün, weil sie das grüne Licht nicht absorbieren, sondern reflektieren.
13. Zeichnen Sie ein Diagramm, das die Enzymaktivität (y-Achse) in Abhängigkeit der Temperatur darstellt (x-Achse).
14. Erklären Sie ganz grob die Zellatmung. Nennen Sie das Grundlegende Prinzip.
In der Zellatmung wird Glukose in CO2 umgewandelt, während NADH und FADH aufgebaut werden, um ATP zu produzieren.
15. Was treibt die ATP-Synthase an?
Protonen, die durch die protonenmotrische Kraft durch die ATP-Synthase zurück in die Mitochondrienmatrix fließen.
16. Erklären Sie den Unterschied zwischen „anaerober Atmung“ und „Gärung“.
Anaerobe Atmung nutzt eine Elektronentransportkette ohne Sauerstoff, während die Gärung ATP ohne Elektronentransportkette oder Citratzyklus produziert.
17. In der Fotosynthese machen Pflanzen Sauerstoff aus Kohlendioxid.“ - Ist diese Aussage richtig?
Nein, Pflanzen machen aus Wasser Sauerstoff und aus Kohlendioxid Zucker.
18. Was ist ein foto-autotropher Organismus?
Ein foto-autotropher Organismus baut energiereiche Moleküle mit Lichtenergie aus anorganischen Stoffen auf.
19. Welches ist das häufigste Enzym auf der Erde? Was ist seine Aufgabe?
RubisCO, das CO2 im Calvinzyklus auf ein 5C-Molekül fixiert.
20. Zeichnen Sie einen möglichst einfachen Calvinzyklus. Gehen Sie dabei auf die Anzahl Kohlestoffatome in den Molekülen ein. Vermeiden Sie komplizierte Molekülnamen.
21. Funktioniert die ATP-Produktion in der Zellatmung und der Fotosynthese gleich?
Ja, beide nutzen eine protonenmotrische Kraft, die durch eine Elektronentransportkette aufgebaut wird.
22. Weshalb wächst eine Schattenpflanze an der Sonne nicht unbedingt besser als im Schatten? Was zeichnet ein Schattenblatt aus?
Schattenblätter sind an schwaches Licht angepasst und können durch Sonnenlicht beschädigt werden, da ihre Cuticula und Epidermis dünn sind, um mehr Licht aufzunehmen.
23. Beurteilen Sie folgende Aussage: „C4-Pflanzen machen Fotosynthese in der Nacht“.
Diese Aussage ist falsch. C4-Pflanzen trennen die Kohlenstoff-Fixierung räumlich vom Calvinzyklus, CAM-Pflanzen fixieren Kohlenstoff nachts.
24. Betrachten Sie die Abb. 1, Seite 130 im Cornelsen Biobuch: Weshalb nimmt die Fotosyntheserate über 35 Grad stark ab?
Über 35 Grad beginnen die Fotosynthese-Enzyme zu denaturieren, was ihre Funktion beeinträchtigt.
25. Was passiert in der lichtabhängigen und in der Lichtunabhängigen Reaktion der Fotosynthese?
In der lichtabhängigen Reaktion wird Wasser gespalten, NADPH und ATP entstehen; in der lichtunabhängigen Reaktion werden diese genutzt, um CO2 im Calvinzyklus zu fixieren und Zucker aufzubauen.
1. Durch welchen Prozess gewinnt eine Zelle Energie?
Durch die Zellatmung, bei der Glukose zu ATP umgewandelt wird.
2. Edukte und Produkte der Zellatmung?
Edukte: Glukose (C6H12O6) und Sauerstoff (O2); Produkte: Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und ATP.
3. Summenformel der Zellatmung?
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energie (ATP).
4. In welcher Form ist die Energie gespeichert?
In der Form von ATP (Adenosintriphosphat).
5. Für was braucht die Zelle Energie?
Für alle lebensnotwendigen Prozesse, z.B. Zellteilung, Bewegung, Synthese von Molekülen, Transport von Stoffen.
6. Woher kommt die Energie - welches Molekül?
Die Energie kommt aus der Spaltung von Glukose, die in ATP umgewandelt wird.
7. Was passiert mit dem Zucker? Was bleibt am Schluss vom Zucker übrig?
Der Zucker wird in CO2 und H2O abgebaut, dabei wird Energie freigesetzt.
8. Was macht der Sauerstoff?
Der Sauerstoff dient als finaler Elektronenakzeptor in der Elektronentransportkette und wird zu Wasser reduziert.
9. Welchen Weg gehen die Elektronen?
Elektronen werden von NADH und FADH2 durch die Elektronentransportkette zu Sauerstoff geleitet.
10. Wo findet die Zellatmung statt?
In den Mitochondrien der Zelle.
11. Wie heissen die 3/((4) Teile der Zellatmung?
Glykolyse, Citratzyklus (Krebszyklus), oxidative Phosphorylierung (Elektronentransportkette).
12. Was passiert in der Glykolyse?
Glukose wird in zwei Moleküle Pyruvat gespalten, dabei entstehen ATP und NADH.
13. Was passiert im Krebszyklus?
Acetyl-CoA wird zu CO2 abgebaut, dabei entstehen NADH, FADH2 und ATP.
14. Was passiert in der oxidativen Phosphorylierung?
Elektronen werden durch die Elektronentransportkette geleitet, dabei wird eine protonenmotrische Kraft erzeugt, die zur ATP-Synthese genutzt wird.
15. Wer reisst die Elektronen dem Sauerstoff wieder weg? (->Fotosynthese?)
In der Fotosynthese wird das Wasser durch Lichtenergie gespalten, und Sauerstoff wird freigesetzt, während Elektronen für die Photosynthese bereitgestellt werden.
16. Was machen Organismen ohne Sauerstoff?
Sie betreiben anaerobe Atmung oder Gärung, z.B. Milchsäuregärung oder alkoholische Gärung, um ATP zu produzieren.
17. Was heisst heterotroph?
Heterotroph bedeutet, dass ein Organismus organische Substanzen von anderen Organismen aufnehmen muss, da er diese nicht selbst produzieren kann (z.B. Tiere, Menschen).
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