BOL02A

Dies bezieht sich auf die Gesamtheit der biochemischen Reaktionen, die in einem Organismus ablaufen, um Energie zu erzeugen und Biomoleküle auf- und abzubauen, um lebenswichtige Funktionen aufrechtzuerhalten.

Dies bezeichnet die Gesamtheit aller Metaboliten in einem biologischen System, also sämtliche Moleküle, die an Stoffwechselreaktionen beteiligt sind.

Dies sind die Zwischen- und Endprodukte von Stoffwechselreaktionen, die an verschiedenen Stellen des Metabolismus auftreten.

Enzyme sind Proteine, die als Biokatalysatoren fungieren und chemische Reaktionen beschleunigen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen.

Das sind Moleküle, die Enzyme bei der Katalyse von Reaktionen unterstützen. Zu den Cofaktoren gehören NAD+, NADP+ und ADP/ATP.

Diese sind wichtige Cofaktoren, die als Trägermoleküle für Wasserstoff bei Redoxreaktionen im Stoffwechsel dienen. NAD+ wird hauptsächlich im katabolen Stoffwechsel verwendet, während NADP+ im anabolen Stoffwechsel eine Rolle spielt.

Das sind chemische Reaktionen, bei denen Elektronen von einer Substanz auf eine andere übertragen werden. Es beinhaltet eine Oxidations- und eine Reduktionshalbreaktion.

Der Anabolismus ist der Teil des Stoffwechsels, der für den Aufbau von Biomolekülen und die Speicherung von Energie verantwortlich ist, während der Katabolismus den Abbau von Biomolekülen zur Freisetzung von Energie umfasst.

ATP (Adenosintriphosphat) ist ein energiereiches Molekül, das als universeller Energieträger in Zellen fungiert. ADP (Adenosindiphosphat) ist das Produkt der Hydrolyse von ATP und dient als Vorläufer zur Regeneration von ATP.

Dies ist eine chemische Reaktion, bei der eine Verbindung durch Zugabe von Wasser gespalten wird.

Organismen, die mit ihrer Umgebung Energie und Materie austauschen, werden als offene Systeme bezeichnet. Sie benötigen diesen Austausch, um ihre Struktur aufrechtzuerhalten und ihre Funktionen auszuführen.

Dies bezieht sich auf den Zustand, in dem sich ein System befindet, wenn der Fluss von Energie und Materie zwischen dem System und seiner Umgebung ausgeglichen ist, was ein Kennzeichen für offene Systeme ist.

Dies ist der Prozess, durch den Pflanzen mithilfe von Lichtenergie aus der Sonne Kohlenstoffdioxid und Wasser in Glucose und Sauerstoff umwandeln.

Dies ist der Prozess, durch den Organismen wie Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen organische Moleküle abbauen, um Energie zu gewinnen. Dabei wird Sauerstoff verbraucht und Kohlenstoffdioxid freigesetzt.

Dies ist eine Technik, bei der radioaktiv markierte Substanzen in biologischen Proben verwendet werden, um ihre Verteilung sichtbar zu machen, insbesondere in Gewebeschnitten.

Dies ist eine Methode, um Moleküle in einem Gel aufgrund ihrer Ladung und Größe zu trennen. Sie wird häufig verwendet, um Proteine oder Nukleinsäuren zu analysieren.

Dies ist eine Technik, bei der eine Mischung von Substanzen aufgrund ihrer unterschiedlichen Verteilung zwischen einer bewegten Phase (z. B. eine Flüssigkeit) und einer stationären Phase (z. B. ein Feststoff) getrennt wird.

Dies ist eine Stoffwechselerkrankung, bei der der Körper Probleme hat, den Blutzuckerspiegel zu kontrollieren, entweder aufgrund von Insulinmangel (Typ-1-Diabetes) oder aufgrund von Insulinresistenz (Typ-2-Diabetes).

Dies ist die Flüssigkeit, die von den Nieren produziert wird und Abfallprodukte sowie überschüssige Substanzen aus dem Blut filtriert. Es wird durch die Harnwege ausgeschieden.

Dies ist eine genetische Störung, die zu einem Mangel oder einer Abwesenheit des Hautpigments Melanin führt, was zu heller Haut, Haaren und Augen führt.

Dies bezieht sich auf den Teil des Stoffwechsels, der für den Aufbau von Biomolekülen und Geweben verantwortlich ist.

Dies bezieht sich auf den Teil des Stoffwechsels, der für die Umwandlung chemischer Energie in Energieformen verantwortlich ist, die von Zellen genutzt werden können, wie z. B. ATP.

Organismen, die in der Lage sind, organische Substanzen aus anorganischen Stoffen durch Fotosynthese oder chemosynthetische Prozesse zu produzieren, werden als autotroph bezeichnet. Grüne Pflanzen sind ein Beispiel für autotrophe Organismen, da sie ihre Nahrung selbst herstellen können, indem sie Lichtenergie nutzen, um Kohlendioxid und Wasser in Glukose und Sauerstoff umzuwandeln.

Im Gegensatz zu autotrophen Organismen können heterotrophe Organismen ihre Nahrung nicht aus anorganischen Stoffen herstellen und sind daher auf die Aufnahme von organischen Verbindungen angewiesen, die von anderen Organismen produziert werden. Tiere, Pilze und die meisten Bakterien sind heterotroph.

Die Brutto-Fotosynthese ist die gesamte Menge an organischer Substanz, die durch die Fotosynthese während eines bestimmten Zeitraums, normalerweise eines Tages, von einer Pflanze produziert wird. Sie umfasst die Gesamtmenge an Glukose und anderen organischen Verbindungen, die durch die Photosynthese synthetisiert werden, bevor Verluste durch Zellatmung berücksichtigt werden.

Die Netto-Fotosynthese ist die effektive Menge an organischer Substanz, die von einer Pflanze durch Fotosynthese produziert wird, nachdem die Verluste durch Zellatmung abgezogen wurden. Es ist die tatsächliche Zunahme der pflanzlichen Biomasse durch Fotosynthese.

Der Kompensationspunkt ist der Lichtintensitätslevel, bei dem die Rate der Fotosynthese genau der Rate der Zellatmung entspricht. Unterhalb dieses Punktes überwiegt die Zellatmung und die Pflanze verbraucht mehr Sauerstoff, als sie produziert, während oberhalb dieses Punktes mehr Sauerstoff produziert als verbraucht wird.

Die Kutikula ist eine wachsartige Schicht, die die Oberfläche der Blätter und anderer Pflanzenteile bedeckt. Sie dient als Schutzschicht, die die Pflanze vor Wasserverlust durch Verdunstung und vor dem Eindringen von Schadstoffen oder Krankheitserregern schützt.

Die Epidermis ist eine äußere Zellschicht, die die Oberfläche von Blättern, Stängeln und anderen Pflanzenteilen bedeckt. Sie besteht aus einer einzigen Schicht von Zellen und dient hauptsächlich dem Schutz der darunterliegenden Gewebsschichten sowie der Regulation des Gasaustauschs

Das Palisadengewebe ist eine Schicht von langen, säulenförmigen Zellen, die sich direkt unter der oberen Oberfläche der Blätter befinden. Diese Zellen enthalten viele Chloroplasten und sind daher für die Photosynthese besonders gut geeignet.

Das Schwammgewebe ist eine lockere Schicht von Zellen, die sich unterhalb des Palisadengewebes in den Blättern befindet. Es enthält viele interzelluläre Räume, die den Gasaustausch erleichtern und die Speicherung von Wasser und Nährstoffen ermöglichen.

Spaltöffnungen, auch als Stomata bekannt, sind winzige Öffnungen in der Epidermis von Blättern und Stängeln, durch die Gasaustausch stattfindet. Sie ermöglichen den Eintritt von Kohlendioxid für die Photosynthese und den Austritt von Sauerstoff und Wasserdampf. Die Öffnung und Schließung der Spaltöffnungen wird durch spezialisierte Zellen, die sogenannten Schließzellen, reguliert.

Leitbündel sind Gefäßstrukturen in Pflanzen, die den Transport von Wasser, Nährstoffen und Assimilaten (produkten der Photosynthese) zwischen verschiedenen Teilen der Pflanze ermöglichen. Sie bestehen aus Xylem, das Wasser und Mineralien transportiert, und Phloem, das Assimilate transportiert.

1. Chloroplast: Chloroplasten sind Organellen, die in den Zellen von grünen Pflanzen und einigen Algen vorkommen. Sie sind der Ort, an dem die Photosynthese stattfindet. Chloroplasten enthalten Chlorophyll und andere Pigmente, die Licht absorbieren und die Lichtenergie in chemische Energie umwandeln können, um Glukose herzustellen.

Die Hill-Reaktion ist eine biochemische Reaktion, die in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten während der Photosynthese stattfindet. Diese Reaktion wurde nach dem britischen Biochemiker Robin Hill benannt, der sie entdeckte. In der Hill-Reaktion wird durch die Lichtabsorption und den Einsatz von Elektronentransportketten in den Thylakoidmembranen Wasser oxidiert, wodurch Sauerstoff freigesetzt und reduziertes Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH) produziert wird. Diese Reaktion liefert die Elektronen und den Reduktionsäquivalent NADPH, die in den Calvin-Zyklus zur Synthese von Glukose verwendet werden.

Fotosysteme sind komplexe Protein-Komplexe, die in den Thylakoidmembranen von Chloroplasten vorkommen und Lichtenergie in chemische Energie umwandeln. Sie bestehen aus verschiedenen Pigmenten, die Licht absorbieren können, sowie Proteinen, die diese Pigmente enthalten und organisieren.

Ein Lichtsammelkomplex besteht aus einer Ansammlung von Antennenpigmenten, die Licht absorbieren und es an das Reaktionszentrum weiterleiten. Diese Komplexe sind dafür verantwortlich, Lichtenergie effizient einzufangen und an das Reaktionszentrum zu transportieren.

Das Absorptionsspektrum ist ein Diagramm, das zeigt, welche Wellenlängen des Lichts von einem bestimmten Pigment absorbiert werden können.

Das Wirkungsspektrum ist ein Diagramm, das zeigt, wie effektiv ein Pigment bei der Fotosynthese ist. Es vergleicht die Effizienz der Lichtabsorption bei verschiedenen Wellenlängen.

Das Reaktionszentrum ist der Teil eines Fotosystems, der die absorbierte Lichtenergie in chemische Energie umwandelt. Hier werden Elektronen angeregt und an Elektronenakzeptoren abgegeben, um die Reaktionen der Photosynthese zu starten.

Der Emerson-Effekt bezieht sich auf die Entdeckung, dass die Photosyntheseleistung durch die Kombination verschiedener Fotosysteme gesteigert werden kann.

Dies sind zwei Arten von Fotosystemen, die in der Lichtreaktion der Photosynthese eine Rolle spielen. Sie absorbieren Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen und sind an der Elektronenübertragung beteiligt.

Redoxpotenziale messen die Bereitschaft eines Moleküls, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben. Sie sind ein Maß für die Energie von Elektronen in einem Molekül.

Die ATP-Synthase ist ein Enzym, das ATP aus ADP und anorganischem Phosphat herstellt. Es nutzt die Protonenbewegung durch die Thylakoidmembran während der Fotophosphorylierung, um ATP zu erzeugen.

Bei der nichtzyklischen Fotophosphorylierung wird Wasser gespalten und Sauerstoff freigesetzt. Die Elektronen fließen durch einen Elektronentransportkette, um ATP und NADPH zu erzeugen.

Bei der zyklischen Fotophosphorylierung fließen Elektronen durch einen verkürzten Elektronentransportweg und erzeugen nur ATP, nicht aber NADPH oder Sauerstoff.

Antennenpigmente sind Farbstoffmoleküle, die Teil des Lichtsammelkomplexes sind. Sie absorbieren Lichtenergie und leiten sie an das Reaktionszentrum weiter. Zu den Antennenpigmenten gehören vor allem Chlorophyll a und b, Carotinoide und Phycobiline.

Lichtabsorption bezieht sich auf den Prozess, bei dem Farbstoffmoleküle durch Licht angeregt werden und Energie aufnehmen. Die absorbierte Energie erhöht die Reaktionsfähigkeit der Moleküle.

Fotophosphorylierung ist der Prozess, bei dem ATP durch die Phosphorylierung von ADP und anorganischem Phosphat unter Verwendung von Lichtenergie erzeugt wird. Es gibt zwei Arten: nichtzyklische und zyklische Fotophosphorylierung.

Der Calvin-Zyklus ist ein biochemischer Prozess, der in den Chloroplasten von Pflanzen stattfindet und zur Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) in energiereiche organische Moleküle, insbesondere Glucose, führt. Er ist essentiell für die Fotosynthese und besteht aus drei Hauptphasen: CO2-Fixierung, Reduktion und Zuckersynthese sowie Regenerierung von Ribulosebisphosphat.

(Ribulosebisphosphat-Carboxylase-Oxygenase) ist das Schlüsselenzym des Calvin-Zyklus. Es katalysiert die Carboxylierung von Ribulose-1,5-bisphosphat, indem es CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat bindet. RubisCO ist das häufigste Enzym weltweit und macht etwa 40 % des Proteingehalts in den Blättern aus. Es hat seinen komplexen Namen aufgrund seiner Fähigkeit, zwei Reaktionen zu katalysieren: die Carboxylierung von Ribulose-1,5-bisphosphat bei ausreichender CO2-Konzentration und die Oxygenierung von Ribulose-1,5-bisphosphat bei niedriger CO2-Konzentration, was zur Bildung von CO2 führt. Diese letztere Reaktion wird als Fotorespiration oder Lichtatmung bezeichnet.

Fotorespiration ist eine Nebenreaktion der Photosynthese, die durch das Enzym RubisCO vermittelt wird. Sie tritt auf, wenn die CO2-Konzentration niedrig ist und die Sauerstoffkonzentration hoch ist, was besonders unter warmen Bedingungen oder bei geschlossenen Spaltöffnungen in Pflanzenblättern der Fall ist. Dabei reagiert RubisCO mit Sauerstoff statt mit CO2, was zu einer ineffizienten Verwendung von Energie und Kohlenstoff führt und einen Teil der Fotosyntheseleistung der Pflanze verringert.

• C3-Pflanzen: Pflanzen, die den C3-Spaltstoffwechselweg verwenden, sind solche, die CO2 durch Fixierung an Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) mithilfe des Enzyms Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/-Oxygenase (RubisCO) in den Calvin-Zyklus einführen. Diese Pflanzen, wie Bohnen, Weizen oder Reis, neigen dazu, ihre Spaltöffnungen während heißer Tage zu schließen, um Wasser zu sparen, was jedoch die CO2-Aufnahme behindert.

• C4-Pflanzen: Pflanzen, die den C4-Spaltstoffwechselweg verwenden, wie Mais und Zuckerrohr, haben spezielle anatomische und biochemische Anpassungen entwickelt, um effizienter mit hohen Temperaturen und Trockenheit umzugehen. Sie initialisieren die CO2-Fixierung durch das Enzym Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEP-Carboxylase) in spezialisierten Zellen, den mesophyllzellen, und transportieren das gebundene CO2 zu den Bündelscheidenzellen, wo es dann in den Calvin-Zyklus eingeführt wird. Dadurch können sie auch bei geschlossenen Spaltöffnungen weiterhin Photosynthese betreiben.

• Mesophyllzellen: Diese Zellen sind Teil des Blattgewebes und befinden sich zwischen der oberen und unteren Epidermis. In C4-Pflanzen sind sie spezialisiert auf die CO2-Aufnahme und -Fixierung durch das Enzym PEP-Carboxylase.

• Bündelscheidenzellen: Diese Zellen befinden sich in den Bündelscheiden von Blättern, die um die Leitbündel angeordnet sind. In C4-Pflanzen spielen sie eine Rolle bei der Weiterleitung des durch PEP-Carboxylase fixierten CO2 zum Calvin-Zyklus in den Chloroplasten.

• CAM-Pflanzen: Pflanzen, die den Crassulaceensäurestoffwechsel (CAM) verwenden, sind ebenfalls an trockene und heiße Umgebungen angepasst. Sie nehmen nachts CO2 auf und speichern es in Form von organischen Säuren in den Vakuolen. Tagsüber wird das CO2 aus diesen Säuren freigesetzt und in den Calvin-Zyklus eingeführt, ohne dass die Spaltöffnungen geöffnet werden müssen. CAM-Pflanzen haben ähnliche Anpassungen wie C4-Pflanzen, aber nutzen die CO2-Aufnahme zu unterschiedlichen Tageszeiten.

Chemosynthese ist ein biochemischer Prozess, bei dem Organismen Energie aus der Oxidation anorganischer Verbindungen gewinnen, um organische Moleküle herzustellen. Im Gegensatz zur Fotosynthese, die Licht als Energiequelle nutzt, verwendet die Chemosynthese chemische Energie aus der Oxidation von Stoffen wie Ammoniak oder Schwefelwasserstoff.