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Fotosynthese – Bedeutung und Lichtaufnahme der Pflanzen 07:20 min

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Transkript Fotosynthese – Bedeutung und Lichtaufnahme der Pflanzen

Hallo! Mein Name ist Sabine und in den nächsten Videos will ich dir erklären, wie die Photosynthese funktioniert. Damit du verstehst, warum dich deine Lehrer mit Begriffen wie Calvinzyklus, NADP und Fotophosphorylierung quälen, gibt es erst mal etwas Allgemeines zur Photosynthese und ihrer Bedeutung für unser Leben. Photosynthese bezeichnet den Prozess, bei dem die Pflanze aus 6 Kohlenstoffdioxid und 6 Mal Wasser Glucose und 6 Mal Sauerstoff bildet. Die Gleichung, die du hier siehst, ist wirklich wichtig und du musst sie wirklich draufhaben, weil sie in so gut wie jeder Arbeit abgefragt wird. Synthese ist das Fachwort für Bildungsprozess oder Herstellung, und da die Energie für die Bildung von Glucose aus dem Sonnenlicht stammt, heißt diese Synthese eben Photosynthese. Soweit so gut. Von der Photosynthese hängt das komplette pflanzliche, tierische und menschliche Leben auf dem Planeten Erde ab. Glucose ist der Grundbaustein, aus dem zunächst Stoffe wie zum Beispiel Fructose, Saccharose, Cellulose und Stärke werden können. In der Weiterverarbeitung entstehen dann so tolle Sachen wie Obst und Gemüse oder Brot. Also ohne Photosynthese gäbe es nichts zu essen und außerdem nichts zu atmen, denn wo käme der Sauerstoff her und wer würde den CO2-Gehalt in der Atmosphäre gering halten? Hier ein kleines Zahlenbeispiel. Ein einziger Laubbaum produziert an einem Tag 12 Kilogramm Kohlenhydrate um 9000 Liter Sauerstoff. Der Mensch profitiert darüber hinaus von der Photosynthese, um Nutzpflanzen zu züchten und diese an seine zukünftigen Schnitzel zu verfüttern. Außerdem erhält er aus dem Wald Holz, Papier und Cellulose, Kohle, Torf, Erdöl und Erdgas, damit ihm schön warm ist und er Auto fahren kann. Aus dem Meer Fische, Muscheln, Krebse und Algen, die entweder Wasserpflanzen gegessen haben oder als Pflanze eben selber Photosynthese betrieben haben, und als Allerletztes sind pflanzliche Inhaltsstoffe Ausgangssubstanzen für zum Beispiel Arzneimittel. Also ist die Photosynthese für die chemische Industrie auch sehr wichtig. Wie das Bilden von Glucose funktioniert, erkläre ich dir jetzt. Zunächst musst du wissen, dass die Photosynthese sich in zwei Phasen gliedert. Da gibt es zum einen die Lichtreaktion und die zweite Phase heißt Dunkelreaktion. Ein anderer Name für die Lichtreaktion ist Primärprozess. Hier wird erst mal Wasser gespalten. Die eigentliche Glucosebildung findet in der Dunkelreaktion statt. Andere Namen für die Dunkelreaktion sind Sekundärprozess und Calvinzyklus. Als Erstes wollen wir aber die Lichtreaktion genauer unter die Lupe nehmen. Wie nimmt eine Pflanze Licht auf? Die Lichtreaktion spielt sich in den Chloroplasten ab. Diese enthalten viel von dem grünen Blattfarbstoff Chlorophyll. Ich habe jetzt mal nur zur Anschauung ein Ausschnitt von einem Chlorophyllmolekül hier hingezeichnet. Also, das musst du dir nicht merken; das ist einfach nur, damit du mal weißt, wie das aussieht. Die einzelnen Atome halten über Elektronenpaarbindungen zusammen. Einige davon habe ich orange mal nachgezeichnet. Jedem Elektron kann man einem Energieniveau zuordnen. Wenn Licht auf den Farbstoff fällt, werden die Elektronen angeregt und gelangen auf ein höheres Energieniveau. Die Stärke der Anregung hängt von der Farbe des Lichts ab, denn in jeder Wellenlänge steckt verschieden viel Energie. So katapultiert blaues Licht Elektronen auf ein viel höheres Energieniveau als rotes das tun würde. Die Elektronen bleiben aber nicht lange im angeregten Zustand. Sie fallen auf ihr Grundniveau zurück. Dabei wird die aufgenommene Energie in Form von Wärme oder Fluoreszenzlicht frei. Aber, was noch viel praktischer ist, sie kann auch für fotochemische Reaktionen genutzt werden. Die Lichtreaktion spielt sich in den Chloroplasten ab, wie ich eben schon gesagt habe. Genauer gesagt in den Grana. Das sind die Membranstabel im Inneren des Zellorganells. Diese bestehen noch einmal aus kleinen Membrantaschen, die nennt man Thylakoide. Und dort, in den Thylakoidmembranen, da passiert die Lichtreaktion. Das ist jetzt für dich zur Orientierung, damit du weißt, wo wir uns genau in der pflanzlichen Zelle befinden. Wichtig sind erst mal die Fotosysteme. Diese bestehen aus 300 Blattfarbstoffmolekülen und einigen Proteinmolekülen. Bei den Blattfarbstoffen handelt es sich jetzt nicht nur um Chlorophyll, sondern auch um Carotinoide und andere Farbstoffe. Alle Farbstoffmoleküle absorbieren einfallendes Licht, so wie ich das eben erklärt habe. Aber nur einige Moleküle können die Energie für fotochemische Reaktionen nutzen. Zum Beispiel das Chlorophyll a. Deswegen sitzt es im Reaktionszentrum des Fotosystems. Die anderen Moleküle fangen die Energie ein und leiten sie weiter. Man kann sich ein Fotosystem also wie einen Trichter vorstellen. Das Licht wird auf einer großen Fläche eingefangen und gebündelt. Das ist vor allem nützlich, wenn die Sonne mal von Wolken bedeckt ist oder sie gerade am Auf- oder Untergehen ist. Ein anderes Wort für Fotosystem ist daher auch Lichtsammelfalle. Die Farbstoffe, die Licht absorbieren und weiterleiten, nennt man Antennenpigmente. Im Reaktionszentrum sitzt das Chlorophyll a. An dieses ist ein Proteinmolekül gekoppelt, welches bewirkt, dass vor allem Licht mit der Wellenlänge von 700 Nanometern absorbiert wird. Solche Fotosysteme nennt man dann Fotosystem 1 oder P700. Beim Fotosystem 2 ist an das Chlorophyllmolekül im Reaktionszentrum ein anderes Protein gekoppelt, welches das Absorptionsmaximum auf 680 Nanometer verschiebt. Deswegen heißt das dann auch P680. Grünes Licht mit der Wellenlänge von 500 bis 550 Nanometern wird vor allem durch Carotinoide absorbiert und dann weitergeleitet. Fassen wir zusammen: Du hast bist jetzt gelernt, warum die Photosynthese so wichtig für das Leben auf der Erde ist. Du kennst die Photosynthese-Gleichung, die du unbedingt auswendig wissen must. Auf dem Weg von Kohlenstoffdioxid und Wasser zu Glucose und Sauerstoff weißt du jetzt, wie die Pflanze Licht aufnimmt. Im nächsten Teil lernst du die Lichtreaktionen kennen. Dabei zeige ich dir, wie Wasser gespalten wird, wie ein Elektron auf der Thylakoidmembran entlangwandert und wie man durch Fotophosphorylierung ATP gewinnt. Ich hoffe, ich konnte dir anschaulich das Thema erklären und habe dich nicht zu sehr mit den chemischen Grundlagen verwirrt. Ich mach jetzt erst mal Mittagspause und hoffe, wir sehen uns bald. Bis dann!

28 Kommentare
  1. Gutes Video!
    hat mir auch in der 6 Klasse, sehr gut weitergeholfen!
    Ihre Stimme ist auch sehr gut zu verstehen um etwas zu lernen,
    :)
    LG, Elias

    Von Elias/Jasper I., vor mehr als 2 Jahren
  2. Sehr seh gut. Du hast die mit abstand angenehmste stimme hier :)

    Von Kranz997, vor mehr als 3 Jahren
  3. Super Video!! Vielen dank

    Von Lukas Jaskolka, vor mehr als 4 Jahren
  4. Sehr sympatisches Video ;)

    Von Jfgutenmorgen, vor fast 5 Jahren
  5. Tolles Video; hat mir wirklich geholfen! Deiner Stimme kann man auch sehr gut zuhören.

    Von Felicitasgassner, vor fast 5 Jahren
  1. Klasse, einfach nur Klasse!

    Von Maunzikatz, vor mehr als 5 Jahren
  2. Klasse, einfach nur Klasse!

    Von Maunzikatz, vor mehr als 5 Jahren
  3. Ja du hast Recht. Im Video ist aber die vereinfachte Reaktionsgleichung gezeigt. Da auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung Wasser entsteht, kann man dies kürzen. So bleiben auf der linken Seite 6 Wasser stehen.

    Von Marcel Schenke, vor mehr als 5 Jahren
  4. Die Photosynthese Gleichung ist doch

    12H2o + 6Co2 --> C6H12o6+ 6H2o + 6o2
    12 Wasser +6 Kohlendioxid ----> Glucose +6 Wasser +6 Sauerstoff

    Von V Alex Yi 1, vor mehr als 5 Jahren
  5. Hat mir sehr geholfen ! Danke :)

    Von Bellacool, vor mehr als 5 Jahren
  6. Total angenehme Stimme! Man kann dir schön folgen.

    Von S Stadtfelder, vor fast 6 Jahren
  7. Sehr angenehme Stimme, aber das Deutsch...."nix zu essen und außerdem nix zu atmen"..."oder sie am auf- oder untergehen ist" ist mitunter zu umgangssprachlich.

    Von Stephan Klein 1, vor fast 6 Jahren
  8. Hallo Therese, du hast Recht, aber auch deine Antwort ist nicht ganz richtig. Nun ist aber die richtige Lösung der vereinfachten Photosynthesegleichung dargestellt, probier es doch mal aus :)

    Von Marcel Schenke, vor fast 6 Jahren
  9. Alle Antworten auf die Prüfungsfrage sind falsch:
    6CO2+6H2 =6CH12O6+6O2 ist richtig

    Von Therese, vor fast 6 Jahren
  10. gj

    Von Henriwitt, vor etwa 6 Jahren
  11. Super strukturiert und ziemlich Detailreich, sehr interessant und hilfreich, dabei eine äußerst angenehme Sprechstimme, die einem das Lernen und Zuhören. erleichtert. Vielen Dank

    Von Nick Knorr, vor etwa 6 Jahren
  12. Das Video ist nicht nur sehr lehrreich, sondern auch sehr freudvoll vorgetragen. Richtig gut!!!

    Von Green Spirit, vor etwa 6 Jahren
  13. Millionen Danke Sabine!!!! Immer weiter so...:)

    Von Javidsharifi, vor mehr als 6 Jahren
  14. Echt gut gemacht. Meine Lernkartei! :)

    Von Thomas W., vor mehr als 6 Jahren
  15. Bitte mehr Videos ! Wirklich super :)
    Dankeschön dafür!

    Von Birgit.Gemsa, vor mehr als 7 Jahren
  16. Super Erklärungen, gut zu verstehen! Danke!

    Von Andreahaertel, vor mehr als 7 Jahren
  17. Danke, echt Klasse!

    Von Murks, vor mehr als 7 Jahren
  18. Sehr Gut Weiter So :)

    Von Eric1809, vor mehr als 7 Jahren
  19. sehr anschaulich erklärt :-) danke dafür

    Von Do Me65, vor mehr als 7 Jahren
  20. sehr schön gemacht =)

    Von Utastein, vor fast 8 Jahren
  21. danke ;) ist super toll erklärt

    Von Pinar102, vor mehr als 8 Jahren
  22. Top, du solltest mehr Videos in Biologie machen.

    Von Restless, vor mehr als 8 Jahren
  23. DANKE

    Von Renzo008, vor mehr als 8 Jahren
Mehr Kommentare

Fotosynthese – Bedeutung und Lichtaufnahme der Pflanzen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Fotosynthese – Bedeutung und Lichtaufnahme der Pflanzen kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib die Reaktionsgleichung der Fotosynthese wieder.

    Tipps

    Pflanzen nehmen für die Fotosynthese unter anderem den Stoff auf, den wir Menschen ausatmen.

    Bei der Fotosynthese wird Glukose gebildet.

    Pflanzen nehmen über die Wurzeln Wasser auf.

    Lösung

    Die richtige Reaktionsgleichung der Fotosynthese lautet: $6 H_2O + 6 CO_2= C_6 H_{12} O_6 + 6 O_2$

    Pflanzen nehmen Kohlenstoffdioxid aus der Luft über ihre Spaltöffnungen an der Unterseite der Blätter auf. Wasser nehmen Pflanzen zu einem großen Teil mit den Wurzeln aus der Erde auf. In den Thylakoidmembranen der Chloroplasten wird anschließend die Lichtenergie der Sonne in chemische Energie umgewandelt, mit deren Hilfe aus Wasser und Kohlenstoffdioxid Glukose aufgebaut wird. Als Nebenprodukt entsteht Sauerstoff, dieser wird über die Spaltöffnungen wieder an die Luft abgegeben.

  • Beschreibe den Aufbau eines Chloroplasten.

    Tipps

    Der Raum zwischen den Grana wird Stroma genannt.

    Ein Granum besteht aus mehreren Thylakoiden.

    Häufig sammelt sich Stärke, welche aus Glukose aufgebaut wird, in den Chloroplasten.

    Lösung

    Ein Chloroplast besitzt eine äußere Membran, die das Innere des Chlorplasten vom Zellplasma trennt. Der Raum innerhalb dieser Membran wird Stroma genannt. In ihm befinden sich die Grana. Ein Granum ist im Grunde ein Stapel aus Thylakoiden. In den Membranen der Thylakoiden befinden sich die Fotosysteme, die auch Lichtsammelfallen genannt werden. Sie nehmen die Energie des Sonnenlichtes auf und transportieren es in Form von Elektronen.

    Vielleicht fragst du dich, warum die Grana und Thylakoiden überhaupt existieren. Schließlich hat so ein Chloroplast ja auch eine äußere Membran, in der die Fotosysteme Platz finden könnten. Der Grund für diesen etwas komplizierten Aufbau ist das Prinzip der Oberflächenvergrößerung: Durch die große Menge dicht gepackter Membranstapel finden viele Fotosysteme auf kleinster Fläche Platz.

  • Beschreibe den Nutzen der Fotosynthese für den Menschen.

    Tipps

    Die meisten unserer Nutztiere sind Pflanzenfresser.

    Ohne Wasser hätte kein Leben auf der Erde enstehen können.

    Glas wird aus Sand, Kalk und anderen Mineralien hergestellt.

    Papier besteht aus Cellulose.

    Lösung

    Obst, Gemüse, Papier und Kohle sind direkte Erzeugnisse aus Pflanzen. Daher würden sie ohne Fotosynthese nicht existieren.

    Auch Fleisch könnten wir nicht essen, denn unsere Nutztiere ernähren sich zu einem großen Teil von Pflanzen und atmen natürlich wie wir Sauerstoff.

    Metalle werden aus Erzen im Boden gewonnen. Auch ohne Fotosynthese würden sie uns immer noch zur Verfügung stehen. Allerdings wäre die Verarbeitung erschwert, denn zu Verarbeitung von Metallen wird große Hitze benötigt. Diese erzeugen wir häufig mithilfe von Kohle und vor allen Dingen mit dem Sauerstoff aus der Luft, dessen Ursprung auch die Fotosynthese ist. Es könnten aber auch Möglichkeiten gefunden werden, die Hitze ohne Fotosynthese zu erzeugen.

    Ähnlich verhält es sich mit dem Glas. Es besteht aus anorganischen Mineralien, die uns auch ohne Fotosynthese zur Verfügung stehen würden. Aber auch bei der Glasherstellung wird Hitze benötigt.

    Wasser wird für die Fotosynthese benötigt und war sogar schon vor den ersten Lebewesen auf der Erde. Daher hätten wir auch ohne Fotosynthese immer noch genug Wasser.

  • Erläutere die Funktion der Fotosysteme.

    Tipps

    Carotinoide agieren im Fotosystem als Antennenpigmente.

    Die Grünlücke kannst du dir aus der Abbildung herleiten.

    Lösung

    Die beiden Fotosysteme werden auch als Lichtsammelkomplexe bezeichnet. Sie sind in die Membran der Thylakoide eingelassen und bestehen zum einen aus Proteinen und zum anderen aus Pigmenten, die Licht absorbieren. Die meisten dieser Pigmente nennt man Antennenpigmente. Zu ihnen gehören die Carotinoide, aber auch Chlorophylle kommen als Antennenpigmente vor. Die Aufgabe der Antennenpigmente ist es, das Licht einzufangen und die Energie des Lichtes wie durch einen Trichter weiterzuleiten. Verlässt ein Pigment den angeregten Zustand, regt die freiwerdende Energie das nächste Pigment an. Auf diese Weise wird die Energie ins Reaktionszentrum des Fotosystems weitergeleitet. Dort befinden sich zwei Zentralpigmente, welche beim Verlassen des angeregten Zustandes ein Elektron abgeben. Diese Elektronen stoßen nun die weiteren Prozesse der Fotosynthese an.

  • Erkläre den Kreislauf des Kohlenstoffs in einem Ökosystem.

    Tipps

    Dank der Fotosynthese können Pflanzen das $CO_2$ aus der Luft zum Aufbau von Biomasse nutzen. Sie fixieren also den Kohlenstoff.

    Die Zellatmung wird von Tieren und Pflanzen betrieben. Sie setzt $CO_2$ frei.

    Lösung

    Aufgrund der Fotosynthese gelten Pflanzen als Kohlenstofffixierer. Sie binden den Kohlenstoff aus dem $CO_2$ in der Luft und bauen mit seiner Hilfe neue Biomasse auf. Aber auch Pflanzen setzen Kohlenstoff frei, denn auch sie betreiben Zellatmung. Außerdem werden abgestorbene Pflanzenteile wie herabfallende Blätter von Tieren und anderen Bodenorganismen zersetzt. Sie betreiben wiederum Zellatmung und geben somit den Kohlenstoff als $CO_2$ in die Luft ab. Das Gleiche gilt für Tiere, die sich direkt von der Pflanze ernähren, wie zum Beispiel die Kuh im Bild. Aber auch Fleischfresser nehmen indirekt den von den Pflanzen fixierten Kohlenstoff mit der Nahrung zu sich, indem sie andere Tiere fressen, die sich wiederum von Pflanzen ernährt haben.

    Zu guter Letzt setzen auch unsere Kraftwerke $CO_2$ frei. Sie Verbrennen Kohle, Öl oder Gas, das aus vor langer Zeit abgestorbenen Pflanzen besteht. Das Problem dabei ist, dass diese Rohstoffe ohne uns Menschen weiterhin tief im Boden verbleiben würde. Wir setzen diesen, eigentlich endgültig gebundenen Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre frei. Der Rückschluss wäre, dass wir mehr Pflanzen benötigen, die den freien Kohlenstoff wieder fixieren. Leider ist aber eher das Gegenteil der Fall.

  • Bewerte die Brandrodung des Regenwalds im Zusammenhang mit seiner Funktion als $CO_2$-Speicher.

    Tipps

    Erinnere dich nochmal an die Gleichung der Fotosynthese. In welcher Beziehung stehen Pflanzen mit dem Kohlenstoff, in Form von $CO_2$, in der Atmosphäre?

    Manche Gase in der Atmosphäre verhindern, dass das von der Erdoberfläche reflektierte Licht zurück in den Weltraum strahlen kann. Das Licht und dessen Wärme bleibt in der Atmosphäre. Dies nennt man auch Treibhauseffekt.

    Lösung

    Die tropischen Regenwälder unserer Erde gelten als besonders effiziente Kohlenstoffspeicher. Sie zeichnen sich durch eine besonders dichte Vegetation auf. Die vielen Pflanzen betreiben viel Fotosynthese und nehmen somit viel $CO_2$ aus der Atmosphäre auf.

    Da wir Menschen ohnehin zu viel $CO_2$ in die Atmosphäre freisetzen, ist diese Eigenschaft der Regenwälder für uns von großer Bedeutung. Leider werden sie aufgrund von Platzmangel und ihrer guten Böden häufig gerodet. Die Flächen werden anschließend landwirtschaftlich genutzt. Somit vernichten wir einen großen Teil dessen, was unseren eigenen problematischen $CO_2$-Ausstoß zum Teil kompensieren würde.

    Hinzu kommt die problematische Methode, welche zur Rodung genutzt wird, die Brandrodung. Sie sorgt zusätzlich dafür, dass der bereits gespeicherte Kohlenstoff mit einem Mal wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird. Ein hoher Anteil von $CO_2$ in der Atmosphäre unterstützt den Treibhauseffekt, durch den sich das globale Klima erwärmt.