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Atmung bei Pflanzen

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Bio-Team
Atmung bei Pflanzen
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Beschreibung Atmung bei Pflanzen

Inhalt

Zellatmung bei Pflanzen – Biologie

Pflanzen gelten als die Sauerstoffproduzenten unserer Erde. Mithilfe der Fotosynthese produzieren sie neben Glucose nämlich Sauerstoff. Doch wusstest du, dass Pflanzen auch Sauerstoff verbrauchen? Die Zellen von Pflanzen atmen – ebenso wie die Zellen des menschlichen Körpers. In der Biologie spricht man von der Zellatmung der Pflanzen.
Im Folgenden wollen wir uns das Zusammenspiel von Zellatmung und Fotosynthese bei Pflanzen genauer anschauen. Doch vorher wollen wir kurz den Ablauf der Zellatmung rekapitulieren.

Vorwissen
Für ein besseres Verständnis wäre es von Vorteil, wenn du bereits den Aufbau der Zellen kennst sowie mit den Vorgängen der Fotosynthese vertraut bist.

Der Ablauf der Zellatmung bei Pflanzen

Die Zellatmung bei Pflanzen verläuft genauso wie in tierischen Zellen, Pilzen und den meisten Bakterien. Also in Zellen, die Mitochondrien besitzen. Diese Zellorganellen sind die Orte der Zellatmung, da in ihnen Energie in Form von Adenosintriphosphat, kurz ATP, generiert wird. Oft werden sie daher als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet. Die Zellatmung gliedert sich in die folgenden Prozesse: Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette.
Während der Glykolyse im Zytoplasma der Zellen wird aus Glucose Pyruvat hergestellt. Pyruvat wird in die Mitochondrien transportiert, in den Citratzyklus (auch Zitronensäurezyklus) eingeschleust und zusammen mit Sauerstoff umgewandelt. In den abschließenden Reaktionen der Atmungskette werden große Mengen an ATP generiert. Näheres zu den ablaufenden biochemischen Reaktionen findest du in dem Video zur Stoff- und Energiebilanz der Zellatmung. Als Nebenprodukte entstehen bei der Zellatmung Wasser und Kohlenstoffdioxid. Zusammenfassend kannst du dir folgende Gleichung für die Zellatmung merken:

$\ce{C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O}$

Gegenüberstellung von Fotosynthese und Zellatmung

Bei Licht können Pflanzen in den Chloroplasten, das sind Zellorganellen, die Chlorophyll enthalten, Fotosynthese betreiben. Wir erinnern uns an die Reaktionsgleichung der Fotosynthese:

$\ce{6CO2 + 6H2O ->[{Lichtenergie}] C6H12O6 + 6O2}$

Fällt dir etwas auf? Betrachtet man die jeweiligen Ausgangsstoffe und Endprodukte, so stellt die Fotosynthese den umgekehrt ablaufenden Prozess zur Zellatmung in Pflanzen dar.
Jedoch sind beide Prozesse räumlich voneinander getrennt: Die Zellatmung findet in den Mitochondrien aller Zellen statt, während die Fotosynthese nur in den Chloroplasten abläuft.
Auch zeitlich betrachtet gibt es Unterschiede: Die Zellatmung läuft – im Gegensatz zur Fotosynthese – in den Zellen ständig ab, da immer Energie gebraucht wird. Die Fotosynthese ist lichtabhängig und findet bei Nacht nicht statt.

Der Kompensationspunkt

Wir haben nun gelernt, dass Pflanzen wie Menschen und Tiere Sauerstoff veratmen und Kohlenstoffdioxid an die Umwelt abgeben. Nachts, wenn keine Fotosynthese stattfinden kann, produzieren Pflanzen keinen Sauerstoff, sondern verbrauchen ihn nur. Bei Tag produzieren sie jedoch durch Fotosynthese weit mehr Sauerstoff, als sie selbst an einem Tag verbrauchen. Der Punkt, an dem Pflanzen durch Zellatmung genauso viel Sauerstoff veratmen, wie sie durch Fotosynthese produzieren, nennt man Kompensationspunkt. Oft wird dieser Punkt dann erreicht, wenn das Sonnenlicht nur sehr schwach und die Fotosyntheseleistung gering ist. Näheres dazu findest du in dem Video Einflussfaktoren der Fotosynthese. In der Regel ist das am Morgen (nach Erreichen des Kompensationspunkts produzieren die Pflanzen mehr Sauerstoff, als sie verbrauchen) und am späten Nachmittag (anschließend verbrauchen sie mehr Sauerstoff, als sie produzieren).

Zusammenfassung

Du hast gelernt, dass Pflanzen atmen und dieser Prozess Zellatmung heißt. Außerdem weißt du jetzt, dass am Tag die Fotosynthese und die Atmung bei Pflanzen parallel ablaufen. Aber macht das wirklich Sinn, wenn es doch zwei gegensätzliche Prozesse sind? Auch wenn die Prozesse augenscheinlich entgegengesetzt ablaufen, kann die in Glucose enthaltene Energie nur durch die Zellatmung in ATP umgewandelt werden. Diese Form der Energie wird von jeder Zelle zu jeder Zeit benötigt. Die Fotosynthese speichert die Energie in Form von Glucose und die Atmung stellt die Energie in Form von ATP bereit.
In der folgenden Tabelle findest du zu beiden Prozesse noch einmal die wichtigsten Punkte:

Fotosynthese Zellatmung
Ausgangsstoffe Kohlenstoffdioxid
Wasser
Glucose
Sauerstoff
Endprodukte Glucose
Sauerstoff
Kohlenstoffdioxid
Wasser
ATP
Ort Chloroplasten Mitochondrien
Zeit Tag Tag und Nacht

Transkript Atmung bei Pflanzen

Wusstest du, dass viele Menschen keine Pflanzen in ihrem Schlafzimmer haben wollen? In vielen Krankenhäusern werden die Pflanzen nachts auf den Flur gebracht. Aber warum?

Das Geheimnis ist: Pflanzen atmen in der Nacht! Sie nehmen also wie Mensch und Tier Sauerstoff auf und geben Kohlendioxid ab. Sie nehmen also dem Schlafenden den Sauerstoff weg. Aber stimmt das denn?? Um diese Frage zu beantworten, möchte ich dir zunächst die Atmung bei Pflanzen erklären.

Zellatmung bei Pflanzen

Wie tierische Zellen besitzen auch pflanzliche Zellen Mitochondrien. Wie du sicher weißt, bezeichnet man diese Zellorganellen auch als die Kraftwerke der Zelle. Das liegt daran, weil in den Mitochondrien jede Menge Energie freigesetzt wird. Dort findet nämlich die Zellatmung statt!

Zunächst wird im Cytoplasma aus der Glukose das Pyruvat hergestellt. Diesen Vorgang nennt man die Glykolyse. Das hergestellte Pyruvat wird dann vom Cytoplasma in die Mitochondrien transportiert und in den sogenannten Zitronensäurezyklus eingeschleust. In diesem Zyklus entsteht dann in einer langen Reaktion zusammen mit Sauerstoff das Adenosintriphosphat, kurz ATP, Wasser und CO2.

ATP ist ein Energieträger und wird von der Pflanze, wie auch beim Menschen für viele Prozelle innerhalb der Zelle benötigt. So kann zum Beispiel die Pflanze mit dem ATP wichige Pflanzenhormone herstellen.

Bei der Atmung wird also demnach Sauerstoff und Glukose verbraucht und Kohlenstoffdioxid und Wasser freigesetzt. Die Atmung läuft in den Zellen immer ab, da immer Energie gebraucht wird.

Gegenüberstellung Fotosynthese und Atmung

Pflanzen können bei Licht in den Chloroplasten Fotosynthese betreiben. Dabei wird aus Wasser und Kohlenstoffdioxid hauptsächlich Glukose und als Nebenprodukt Sauerstoff hergestellt. Wie du siehst, ist die Fotosynthese also eigentlich eine umgekehrt ablaufende Atmung. Das stimmt natürlich nur, wenn man sich anschaut, was in die Reaktion jeweils hineingeht und was herauskommt.

Insgesamt sind das natürlich zwei Prozesse, die in der Zelle strikt voneinander getrennt ablaufen. Sie laufen in zwei völlig unterschiedlichen Zellorganellen ab: Die Atmung erfolgt im Cytoplasma und den Mitochondrien der Zelle, während die Fotosynthese in den Chloroplasten abläuft. Außerdem ist die Fotosynthese lichtabhängig, während die Atmung lichtunabhängig ist und immer ablaufen kann.

Der Kompensationspunkt

Du siehst also, dass bei Pflanzen nachts nur die Atmung abläuft und am Tag sowohl Atmung als auch Fotoynthese stattfinden. Nachts brauchen Pflanzen also wie Tiere und der Mensch Sauerstoff und geben Kohlenstoffdioxid wieder ab. Am Tag überwiegt die Fotosynthese und es wird mehr Sauerstoff produziert, als es verbraucht wird.

Der Punkt, an dem sich Fotosynthese und Atmung die Waage halten, also genausoviel Sauerstoff durch Atmung verbraucht wird wie durch Fotosynthese entsteht, heißt Kompensationspunkt. Oft wird dieser Punkt am Morgen und am späten Nachmittag erreicht, wenn das Sonnenlicht nur sehr schwach ist und die Fotosynthese nur sehr schwach abläuft.

Paralleler Ablauf von Atmung und Fotosynthese

Du fragst dich jetzt bestimmt, warum Pflanzen am Tag Atmung und Fotosynthese parallel ablaufen lassen, da beides ja genau entgegengesetzte Prozesse sind. Das liegt daran, dass die Energie, die von jeder Zelle verbraucht wird, immer in ATP vorliegen muss. Bei der Atmung entstehen große Mengen an ATP.

Das Endprodukt der Fotosynthese ist jedoch Glukose. Um die in der Glukose gespeicherte Energie nutzen zu können, laufen Glykolyse, Zitronensäurezyklus und Atmungskette ab und ATP wird freigesetzt. In der Atmung wird also nicht weiter als die gewonnene Glukose der Fotosynthese in direkt nützliche Energie, das ATP umgewandelt. Die Fotosynthese speichert die Energie in Glukose und die Atmung stellt diese dann direkt bereit.

Zusammenfassung

Jetzt hast Du gesehen, dass Pflanzen genauso wie Tiere und Mensch atmen. Dieses ist die Zellatmung, die in jeder Zelle abläuft, um Energie in Form von ATP zu bekommen. Die Zellatmung läuft lichtunabhänig und entgegengesetzt zur Fotosynthese ab. Dabei wird Glukose und Sauerstoff verbraucht und Wasser und Kohlenstoffdioxid freigesetzt.

Jedoch sind die Mengen des verbrauchten Sauerstoffs so gering, dass du dir keine Sorgen machen musst, dass deine Zimmerpflanze dir Nachts den Sauerstoff. Also kannst du beruhigt deine Pflanze nachts im Zimmer stehen lassen. Gute Nacht und bis zum nächsten Mal!

25 Kommentare

25 Kommentare
  1. Dieses Video verwirrt jeden. Sie erklären das Pflanzen auch Sauerstoff brauchen. Mein Tipp Sofatutor nehmen sie das Video runter das bringt nichts.

    Von S Reinacher, vor fast 2 Jahren
  2. Besser kann man das Thema nicht erklären :)))

    Von Harry 1, vor fast 2 Jahren
  3. Hallo Richard P.,
    die beiden Begriffe werden in diesen beiden Videos genauer erklärt:
    Assimilation:
    https://www.sofatutor.com/biologie/videos/autotrophe-und-heterotrophe-ernaehrung-fotosynthese-als-grundlage-des-lebens
    Dissimilation:
    https://www.sofatutor.com/biologie/videos/dissimilation-zellatmung
    Viele Grüße aus der Redaktion

    Von Marie G., vor mehr als 2 Jahren
  4. Ausgezeichnetes Video - sehr anschaulich erklärt!
    Vielleicht könnte man hier noch die Begriffe Assimilation und Dissimilation ergänzen?

    Von Richard P., vor mehr als 2 Jahren
  5. Sehr sehr gut ;) :) ;) :)

    Von Helwigchristina, vor mehr als 3 Jahren
Mehr Kommentare

Atmung bei Pflanzen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Atmung bei Pflanzen kannst du es wiederholen und üben.
  • Vergleiche den Prozess der Zellatmung mit der Fotosynthese.

    Tipps

    Überlege, welche Organellen eine Zelle braucht, um Atmung bzw. Fotosynthese zu betreiben.

    Lösung

    Die Zellatmung findet zum Teil im Cytoplasma und in den Mitochondrien statt. Die Glykolyse, also die Reaktion, bei der aus Glukose Pyruvat entsteht, erfolgt im Cytoplasma, wohingegen sich der Zitronensäurezyklus in den Mitochondrien abspielt. Diese Reaktionen liefern den energiereichen Stoff ATP und sind lichtunabhängig. Mitochondrien sind für die Atmung auf jeden Fall notwendig. In den Chloroplasten findet die Fotosynthese statt. Diese Reaktion benötigt Energie in Form von Licht und bildet aus Wasser und Kohlenstoffdioxid den Zucker Glukose und Sauerstoff.

  • Benenne die Prozesse in der Pflanze.

    Tipps

    Erinnere Dich an die Teilreaktionen der Zellatmung.

    Wann findet die Atmung der Pflanzen statt?

    Lösung

    Die Atmung ist lichtunabhängig und in mehrere Prozesse unterteilt. Im Cytoplasma findet die Glykolyse statt. Hierbei wird Glukose zu Pyruvat umgesetzt. Das Pyruvat gelangt dann in die Mitochondrien, wo der Zitronensäurezyklus und die so genannte Atmungskette stattfinden. Als Endprodukte dieser Reaktionen gehen Kohlenstoffdioxid und Wasser hervor. Die Atmung dient der Energiegewinnung. Es entsteht Adenosintriphosphat (ATP).

    Die Fotosynthese hingegen ist lichtabhängig und findet in den Chloroplasten statt. Durch die Aufnahme von Wasser und Kohlenstoffdioxid entstehen in der Fotosynthese Sauerstoff und Glukose.

  • Erläutere den Begriff Kompensationspunkt.

    Tipps

    Überlege, welchen Cofaktor die Pflanze für die Fotosynthese benötigt und wann dieser Cofaktor nur begrenzt verfügbar ist.

    Lösung

    Am Kompensationspunkt herrscht ein Gleichgewicht zwischen der Produktion und dem Verbrauch von Sauerstoff. Das bedeutet, dass die Pflanze bei der Fotosynthese genauso viel Sauerstoff produziert, wie sie bei der Atmung vebraucht.

    Dieser Punkt wird erreicht, wenn das Tageslicht schwächer wird und die Fotosynthese ebenfalls nur noch schwach abläuft. Dies geschieht meist am frühen Morgen oder am späten Nachmittag.

  • Erkläre, wie Fotosynthese und Atmung zusammenhängen.

    Tipps

    Erinnere Dich an die Reaktionsgleichungen aus dem Video. Welche Stoffe benötigt die Pflanze für die Fotosynthese und welche Stoffe werden bei diesem Vorgang produziert?

    Lösung

    Die Fotosynthese kann auch als umgekehrte Atmung beschrieben werden. Dies gilt aber nur bezüglich der Stoffe, die in die Reaktion eingehen beziehungsweise als Produkte bei der Reaktion entstehen. Kohlenstoffdioxid und Wasser sind die Ausgangsstoffe der Fotosynthese und gleichzeitig die Endprodukte der Atmung. Sauerstoff und Glukose hingegen werden bei der Fotosynthese gebildet. Beide Stoffe weden bei der Atmung als Substrate verbraucht. Wichtig ist jedoch, dass beide Prozesse getrennt voneinander ablaufen. Die Atmung findet in den Mitochondrien statt, wohingegen die Fotosynthese in den Chloroplasten abläuft. Pflanzen atmen sowohl bei Tag als auch bei Nacht. Da für die Fotosynthese Licht benötigt wird, findet diese bei Tag statt.

  • Beschreibe, was mit der Glukose aus der Fotosynthese in der Pflanze passiert.

    Tipps

    Chloroplasten besitzen ein Stärkekorn. Erinnere Dich, woraus Stärke besteht.

    Lösung

    Ein Produkt der Fotosynthese ist die Glucose. Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten der Pflanzenzelle statt. Chloroplasten enthalten so genannte Stärkekörner, in denen die Glucose in Form von Stärke gespeichert werden kann.

    Benötigt die Pflanze Energie, wird die Glucose in der Glycolyse zu Pyruvat abgebaut. Dieses kann wiederum in den Zitronensäurezyklus eingehen, als dessen Produkt unter anderem Adenosintriphosphat (ATP) entsteht.

  • Entscheide, welche Zusatzstoffe Schnittblumen länger frisch halten.

    Tipps

    In dem Pulver befinden sich keine gasförmigen Stoffe. Diese würden beim Öffnen sofort entweichen.

    Schnittblumen können nicht mehr so gut Fotosynthese betreiben. Welcher Stoff fehlt ihnen demnach?

    Lösung

    Da Schnittblumen nur noch begrenzt Fotosynthese betreiben können, fehlt ihnen schnell das Fotosyntheseprodukt Glukose. Wasser bekommen sie aus der Vase und Kohlenstoffdioxid nehmen sie über die Blätter auf.

    Um Energie in Form von ATP zu gewinnen und so länger frisch zu bleiben, müssen sie atmen. Sie brauchen also Glukose.

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