Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen)

Chloroplasten – Bau und Funktion (Basiswissen) Übung

• Benenne die unterschiedlichen Teile des Chloroplasten.

  Tipps

  Mehrere Thylakoide bilden ein Granum. Dieser sieht aus wie ein Stapel Münzen. In Chloroplasten gibt es viele solcher Stapel. Die Mehrzahl von Granum ist Grana.

  Chloroplasten speichern Stärke. Sie brauchen also eine große „Speicherkammer“.

  Lösung

  Chloroplasten sind von einer Doppelmembran umgeben, die aus einer inneren und einer äußeren Membran besteht. Den Innenraum von Chloroplasten nennt man Matrix oder auch Stroma.

  Die innere Membran bildet Einstülpungen aus, die man als Thylakoide bezeichnet. Diese Membraneinstülpungen liegen wie Geldrollen übereinander. Einen solchen Stapel nennt man Granum.

  Die Hauptaufgabe der Chloroplasten ist die Fotosynthese. Das Produkt der Fotosynthese ist Traubenzucker. Eine Kette aus Traubenzucker nennt man auch Stärke. Diese wird im sogenannten Stärkekorn der Chloroplasten gespeichert.

  Chloroplasten haben auch eine eigene DNA, auf der alle Gene liegen, die die Chloroplasten für die Fotosynthese brauchen.

  Außerdem findet man auch Fetttröpfchen. Diese bilden eine Energiereserve.

• Beschreibe, wo und wie in der Pflanze die Fotosynthese stattfindet.

  Tipps

  Die Fotosynthese und die Atmung sind Gegenspieler. Das Produkt unserer Atmung benötigt die Pflanze für die Fotosynthese.

  Überlege, warum die Bäume im Herbst Ihre Blätter abwerfen. Von welchem Faktor, der für die Fotosynthese notwendig ist, gibt es im Winter zu wenig?

  Lösung

  In der Membran der Thylakoide sitzen die Blattfarbstoffe. Zu Ihnen gehören die grünen Chorophylle und die gelben oder roten Carotine. Sie fangen das Sonnenlicht ein und wandeln die Lichtenergie in chemische Energie um.

  Bei der Fotosynthese wird aus Kohlendioxid und aus Wasser Sauerstoff und Traubenzucker hergestellt. Der Traubenzucker wird in Form von Stärke in den Chloroplasten gespeichert und dann in den Rest der Pflanze transportiert.

• Erkläre, warum die Fotosynthese auch für Menschen wichtig ist.

  Tipps

  Überlege, wozu die Pflanze die gewonnene Energie in Form von ATP benötigt.

  Lösung

  Für uns Menschen ist die Fotosynthese der Pflanzen überlebenswichtig. Die Pflanze produziert Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen, und verbraucht das Kohlendioxid, das wir ausatmen. Atmung und Fotosynthese bilden somit einen Kreislauf. Außerdem gehören Pflanzen zu unserer täglichen Ernährung. In Form von Obst, Gemüse und Salat nehmen wir wichtige Stoffe, wie beispielsweise Vitamine, auf. Einen Sonnenschutz bieten die Blattfarbstoffe nur für die Pflanze selbst, aber nicht für uns. Wir können uns höchstens im Sommer in den Schatten eines Baumes setzen. Der Schatten eines Gebäudes hätte aber dieselbe Funktion.

• Nenne die beiden Strukturen eines Chloroplasten, die die Endosymbiontenhyothese untermauern.

  Tipps

  Überlege, wie ein Einzeller aufgebaut ist. Denn schließlich waren die Chloroplasten ja laut dieser Theorie früher einmal Einzeller.

  Zellen nehmen Partikel über die Endocytose auf. Dabei stülpen sie ihre eigene Membran über den Partikel und schnüren das entstehende Membranpaket nach innen ab.

  Lösung

  Die Endosymbiontenhypothese besagt, dass Chloroplasten und Mitochondrien früher als Einzeller gelebt haben sollen, die im Laufe der Evolution von größeren, eukaryotischen Zellen aufgenommen wurden und diesen nun als Energielieferanten dienen.

  Es gibt zwei Strukturen in den Chloroplasten und den Mitochondrien, die diese Theorie unterstützen:

  die DNA und die Doppelmembran.

  Da Chloroplasten und Mitochondrien ihre ganz eigene DNA besitzen, lässt sich daraus schließen, dass sie einmal eigenständige Organismen waren, deren Aufbau von ihrer eigenen DNA codiert wurde.

  Die Doppelmembran: Zellen nehmen Partikel über Endocytose auf, das heißt, die Membran der Zelle stülpt sich ein und umschließt den Partikel. Dieser befindet sich dann in einem Vesikel innerhalb der Zelle. Wenn nun ein Einzeller, der ja auch schon eine Membran besitzt, von einer anderen Zelle aufgenommen wird, bildet sich logischerweise eine Doppelmembran.

• Erkläre, warum man die gelben und roten Farbstoffe des Blattes erst im Herbst sieht.

  Tipps

  Überlege, wie hoch der Anteil an Chlorophyll im Blatt ist im Vergleich zu den Carotinen.

  Im Winter ziehen sich auch Bäume in eine Art Ruhephase zurück. Der Baum produziert nun nur noch das mindeste um so wenig Energie wie möglich zu verbrauchen.

  Lösung

  Der Anteil an Chlorophyll im Blatt ist größer als der Anteil an Carotinen. Das Chlorophyll wird für die Fotosynthese gebraucht und ist daher in größeren Mengen vorhanden. Der grüne Farbstoff überlagert die gelben und roten, so dass diese erst sichtbar werden, wenn die Chlorophylle abgebaut werden. Dies geschieht im Herbst, wenn weniger Sonnenlicht für die Fotosynthese zur Verfügung steht. Daher erscheinen die Blätter im Herbst gelb und rot.

• Erkläre den Einfluss bestimmter Faktoren auf die Fotosyntheserate.

  Tipps

  Überlege, welche Faktoren die Pflanze für die Fotosynthese benötigt. Was passiert, wenn einer von ihnen fehlt?

  Was unterscheidet das Sprudelwasser vom Leitungswasser?

  Lösung

  Die Pflanze benötigt Wasser, Kohlendioxid und Licht für die Fotosynthese.

  Ersetzt man das Leitungswasser in unserem Experiment durch Sprudelwasser, steht der Pflanze mehr Kohlendioxid zur Verfügung. Sie kann also mehr Fotosynthese betreiben. Die Fotosyntheserate steigt an. Ab einem bestimmten Punkt ist die Pflanze gesättigt. Das bedeutet, sie kann kein zusätzliches Kohlendioxid umsetzen. Somit erreicht die Fotosyntheserate irgendwann einen Punkt, an dem sie konstant bleibt.

  Bei destilliertem Wasser tritt das Gegenteil ein. Es fehlt an Kohlendioxid. Die Fotosyntheserate fällt ab und kommt zum Erliegen.

  Kühlt man das Wasser mit Eiswürfeln ab, sinkt die Fotosyntheserate. Jede Pflanze hat ein Temperaturoptimum, bei dem die Fotosyntheserate am höchsten ist. Bei zu niedriger oder zu hoher Temperatur sinkt sie dementsprechend. Ist die Temperatur zu hoch, gehen wichtige Enzyme kaputt und die Pflanze stirbt ab.

  Auch Licht ist ein wichtiger Faktor. Stellt man die Pflanze unter eine Lichtquelle, steigt die Fotosyntheserate erstmal an. Allerdings ist hier das Kohlendioxid der limitierende Faktor. Ist das Kohlendioxid aus der Umgebung aufgebraucht oder die Pflanze gesättigt, kann sie, trotz Licht, keine Fotosynthese mehr betreiben.