30 Tage kostenlos testen:
Mehr Spaß am Lernen.

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Fotosynthese - Die lichtunabhängige Reaktion 09:46 min

Textversion des Videos

Transkript Fotosynthese - Die lichtunabhängige Reaktion

Hallo, hier ist wieder Sabine und wir sind schon weit vorangekommen mit der Photosynthese. Aus der Lichtreaktion haben wir folgende Produkte erhalten: den Wasserstoff und die Energie, die wir für die Glucosebildung brauchen. Außerdem ist als "Abfallprodukt", natürlich in Anführungsstrichen, Sauerstoff entstanden, den die Pflanze über die Spaltöffnungen abgibt. Na, dann schreiten wir doch frisch und munter zur Dunkelreaktion. Andere Namen für die Dunkelreaktion sind der Calvin-Zyklus, Calvin-Benson-Zyklus, Sekundärprozess bzw. Sekundärreaktion und lichtunabhängige Reaktion. Zunächst wollen wir uns wieder in der pflanzlichen Zelle orientieren. Die Photosynthese findet im Chloroplasten statt, für die Lichtreaktion waren wir an der Thylakoidmembran. Die Dunkelreaktion findet in der Matrix statt. Ein anderes Wort für Matrix ist Stroma. Jetzt kommt noch eine letzte Vorbemerkung. In der Lichtreaktion haben wir Wasserstoff und Sauerstoff gebildet, die haben wir also schon. In der Dunkelreaktion kommt nun endlich das von der Pflanze aufgenommene Kohlenstoffdioxid ins Spiel. Ach so, schon mal zur Info: Ich werde gleich mit furchtbar langen, komplizierten Namen von chemischen Stoffen um mich werfen, also frag schon mal deinen Lehrer oder deine Lehrerin, ob du die wirklich alle auswendig lernen musst. Was du hier siehst, ist der Zucker Ribulosebisphosphat. Er besteht aus 5 Kohlenstoffatomen, deswegen kann man dazu Pentose sagen, Pent- ist die griechische Vorsilbe für 5, bzw. C5-Körper. Am 1. und am 5. Kohlenstoffatom bindet ein Phosphatrest, das grüne P. Wenn jetzt CO2 hinzukommt, könnte man annehmen, es ensteht eine Verbindung mit 6 Kohlenstoffatomen. Dies ist aber nicht der Fall. Und zwar kommt jetzt ein Enzym namens Ribulosebisphosphatcarboxylase und macht sich an die Arbeit. Merk dir einfach, jetzt kommt irgendwas mit Enzymen. Als Erstes wird der Zucker in zwei Teile geschnitten. Jetzt sollen einmal meine Hände das Enzym Ribulosebisphosphatcarboxylase darstellen. An den rechten Teil lagert sich oben in lila das CO2 an. Als Nächstes brauchen wir Wasser. Nun kann mein Nebenjob als Enzym weitergehen. Das 1. pinke H kommt an die Stelle, wo ich eben das lila Kohlenstoffdioxid hingelegt habe, einfach mit dran. Damit ist die rechte Seite fertig! Jetzt geht es links weiter. Am unteren C wird das 1. pinke O eingebaut. Und das linke rote Wasserstoffatom wandert 1 Kohlenstoffatom nach oben. Das heißt, die letzte Stelle von der linken Seite lautet COOH. So weit, so gut. Das letzte pinke H kommt an das mittlere Kohlenstoffatom. Als Erstes wird die Doppelbindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff gespalten. Und auf der rechten Seite hinter das O kommt dann das pinke H. Das heißt, wir haben dann HCOH. Somit sind linke und rechte Seite genau identisch. Fertig! Damit haben wir 2 mal 3 Phosphoglycerinsäure. So, jetzt kommt noch mal so eine wilde chemische Reaktion. Aber ich verspreche dir, das ist auch die letzte. Und zwar kommen jetzt im zweiten Schritt unsere Reaktionsprodukte aus der Lichtreaktion dazu. Und zwar wird jetzt ATP zu ADP+P gespalten und NADPH+H+ wird zu NADP++2H+. Da wir ja 2 mal 3 Phosphoglycerinsäure haben, müssen wir alles doppelt nehmen. Also, 2NADPH+H+ werden zu 2NADP++4H+ und 2ATP werden zu 2ADP+2P. ATP ist wie gesagt die Energie, um Atombindungen zu lösen und neu zu bilden. Deswegen packen wir die jetzt einfach mal mit weg. Wichtig sind nämlich jetzt jeweils die Wasserstoffionen. 2 davon schnappen sich immer 1 Sauerstoffatom und bilden 1 Wassermolekül. Das Ganze passiert logischerweise zweimal und wir erhalten dann 3 Phosphoglycerinaldehyd. Wenn die 2 Wassermoleküle abgespalten sind, muss sich das Molekül noch ein bisschen umlagern. Und zwar werden an den Randkohlenstoffatomen die Sauerstoffe, wo eben jetzt das O fehlt, doppelt gebunden und das Wasserstoffatom wandert auf die andere Seite vom Kohlenstoff. 3 Phosphoglycerinaldehyd ist eine Triose, da sie aus drei Kohlenstoffatomen besteht, also auch ein C3-Körper. Das ist ein Kohlenhydrat. Yeah, wir sind fast am Endziel! Weil diese zwei Triosen können sich jetzt zu Fructose-1,6-bisphosphat zusammenlagern. Du verstehst gleich, was ich meine. Damit sich die zwei Triosen zusammenlagern können, muss wieder ein bisschen umgeformt werden. Und zwar am 2. Kohlenstoffatom wandert das linke Wasserstoffatom 1 Kohlenstoffatom nach unten. Dann auf der rechten Seite vom 2. Kohlenstoffatom wandert das Wasserstoffatom zum 4. Kohlenstoffatom nach unten. Dadurch werden jeweils die Doppelbindungen an diesem Kohlenstoffatom aufgebrochen, die zwischen Kohlenstoffatom und Sauerstoffatom bestehen. Als letzter Schritt muss am 2. Kohlenstoffatom das Sauerstoffatom doppelt gebunden werden. Fertig! So, jetzt siehst du auch, warum wir schon fast am Endziel sind. Und zwar male ich jetzt mal die Struktur von Glucose daneben, die hat ja die Summenformel C6H12O6, das hast du dir ja jetzt mittlerweile gemerkt. Jetzt zählen wir mal beim Fructosebisphosphat durch. Wir kommen auf 6 Kohlenstoffatome, 10 Wasserstoffatome, 6 Sauerstoffatome und 2 Phosphatreste. Wenn der Chloroplast nun die Phosphatreste abspaltet und durch Wasserstoffionen ersetzt und die Bindung verschiebt, hat er Glucose. Das tut er natürlich auch! Jetzt kommt der Haken. Wir sind ja im Calvin-Zyklus, also einem Kreislauf, der nur funktioniert, wenn der Chloroplast ständig selbst neues Ribulosebisphosphat herstellt. Das bedeutet: Ein Großteil von unseren so kompliziert gebildeten Triosen wird gar kein Fructosebisphosphat und damit auch keine Glucose. Nein, er wird einfach zu Ribulosebisphosphat zurückgebildet. Ich habe mir das nicht ausgedacht, nicht traurig sein, ich bin nicht schuld. Deswegen gehen wir jetzt noch einmal kurz an den Anfang. Das ist dann gleich noch mal eine Zusammenfassung und Wiederholung. Also, wir haben 6 Ribulosebisphosphat dazu werden jetzt 6 Kohlenstoffdioxidmoleküle gegeben und 6 Wassermoleküle. Mit dem Enzym Ribulosebisphosphatcarboxylase entstehen 12 mal 3 Phosphoglycerinsäuren. Dazu wird im zweiten Schritt NADPH+H+ gegeben und ATP. Aus ATP wird ADP+P und aus dem NADPH+H+ wird NADP+ und 2 Wasserstoffionen. Dadurch entstehen insgesamt 12 mal 3 Phosphoglycerinaldehyde und 12 mal Wasser. Das waren diese Triosen, der Grundzucker. 2 von diesen Triosen bilden dann Fructosebisphosphat und im Endeffekt Glucose. Die anderen 10 werden über verschiedene chemische Reaktionen wieder zu Ribulosebisphosphat zurückgebildet. Was passiert jetzt eigentlich mit der Glucose in der Pflanze? Glucose ist wasserlöslich. Wer mir das nicht glaubt, ich mache es hier einmal vor. Deswegen wird sie zunächst, damit sie gespeichert werden kann, in Stärke umgewandelt. Stärke ist nicht wasserlöslich und diese Stärke wird in Form von Stärkekörnern in dem Chloroplasten gespeichert. Diese Stärke nennt man primäre Stärke oder Assimilationsstärke. Wenn man aber an stärkehaltige Lebensmittel denkt, denkt man jetzt nicht an irgendwelche Blätter, sondern eher an Kartoffeln. Das heißt, die Stärke wird irgendwie in Samen, Früchten, Wurzeln oder Knollen, wie Kartoffeln, gespeichert. Und wie kommt sie dahin? Dazu wird sie zunächst in Saccharose umgewandelt. Das ist der blitzblöde Haushaltszucker, der in der Küche von sofatutor zum Beispiel rumsteht. Saccharose ist auch wasserlöslich, was ich hier noch mal demonstriere, und kann über die Leitbündel vom Blatt zum Zielort, zum Beispiel der Kartoffel, gelangen. Dort wird die Saccharose wieder zu Stärke umgebaut. Diese Stärke bezeichnet man als Sekundärstärke oder Speicherstärke. Sie wird in farblosen Plastiden, den Amyloplasten, gespeichert. Während die Pflanze keimt oder neu austreibt, kann auf diese Vorräte zurückgegriffen werden. Ende im Gelände! Wer hätte gedacht, dass hinter so einer kleinen Formel so viel steckt? Damit endet die Videoreihe zur Photosynthese. Ich hoffe, alle deine Fragen konnten beantwortet werden und du kommst sicher durch die nächste Klausur. Vielen Dank fürs Zusehen und bis bald, Sabine.

14 Kommentare
  1. Hier wird von Phosphoglycerinsäure gesprochen in den Lehrbüchern steht Glycerolsäure-3-Phosphat. Kommt das aufs selbe raus?
    könnte man das Video nicht mit diesen Begriffen machen?
    es werden verwendet: Ribulose-1,5- bisphosphat, Glycerolaldehyd-3-phosphat, Glycerolsäure-3-Phosphat, Glycerolsäure-1,5-Phosphat

    Von A Zeus, vor 8 Monaten
  2. Sehr gutes Video. Schafft einen sehr guten Überblick.

    Von Ratschlag, vor mehr als einem Jahr
  3. Gutes Video würde mich über ein weiteres Freuen weil das Thema doch recht kompliziert ist .

    Von Mayer Katja, vor fast 2 Jahren
  4. Vielen Dank, sehr gut erklärt!

    Von Daniela Strothmann, vor mehr als 3 Jahren
  5. Gutes Video. Könntet Ihr noch ein Video machen , was man für Experimente mit der Licht-und Dunkelreaktion machen kann?

    Von Christoph Ederer, vor fast 4 Jahren
  1. Das hat nicht geholfen. Ziel die Inhalte angemessen komplex und verständlich rüberzubringen total verfehlt. Die anderen Videos waren nett aber das hier hilft bestimmt keinem weiter!

    Von Bitrispott, vor mehr als 4 Jahren
  2. Die Reihe zur Fotosynthese hat mir wirklich weitergeholfen. Vielen Dank! :-)

    Von Claudia Martschat, vor fast 5 Jahren
  3. Die Photorespiration ist ein sehr komplexer Prozess, ich versuche es aber auf den Punkt zu bringen:
    Im Calvin-Zyklus wird ja Kohlenstoffdioxid fixiert, also in einen Kohlenstoffkörper eingebaut um Glukose zu synthetisieren. Das Enzym welches am Anfang dieses Prozesses steht, kann aber nicht nur Kohlenstoffdioxid einbauen, sondern auch Sauerstoff! Das bedeutet, dass das dieses Enzym RUBISCO (Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase/-oxygenase) sich "entscheiden" muss ob es Kohlenstoffdioxid oder Sauerstoff einbaut. Diese beiden Prozesse stehen also in Konkurrenz zueinander. Sollte Sauerstoff eingebaut werden (auch Lichtatmung oder Photorespiration genannt), dann entstehen aber andere Stoffwechselprodukte und die Energiebilanz der Pflanze ist sehr viel schlechter.

    Von Marcel Schenke, vor mehr als 5 Jahren
  4. Kann mir jemand vielleicht weiterhelfen, wie Calvinzyklus und Photorespiration zusammenhängen? Bzw. was bei der Photorespiration eigentlich passiert? :-)

    Von Luitpold, vor mehr als 5 Jahren
  5. Einfach nur der Hammer... DANKE!!!

    Von Samil, vor mehr als 5 Jahren
  6. Ehrlich gesagt, sehr verwirrend. Man könnte das ganze in einem Kreislauf zeigen, dass wäre viel leichter gewesen.

    Von Christian M., vor mehr als 5 Jahren
  7. @ Dina: Ich versuch es mal zusammen zufassen.
    In der Membran gibt es ein Enzym, die ATP-Synthease.
    Dieses setzt das ADP und eine Phosphatgruppe zum energiereichen ATP zusammen. Die Energie wird durch eine mechanische Drehung des Enzyms erzeugt. "Der Kopf" des Enzyms dreht sich und erzeugt so Energie. Die DRehugn wiederum wird durch einen Protonengradienten ermöglicht (also H+ Ionen). Diese wandern durch die Membran und erzeugen die Drehung. Der Gradient der Protonen oder Wasserstoffionen stammt aus vielen Reaktionsschritten in den Chloroplasten und den Mitochondrien.
    Frag gern weiter wenn dir noch etwas unklar ist :)

    Von Marcel Schenke, vor mehr als 6 Jahren
  8. Wie entseht genau dieses ATP, habe viele Videos geschaut aber komme immernoch nicht drauss? :/

    Von Irfan B., vor mehr als 6 Jahren
  9. wieso wird die glucose nicht sofort zu saccherose umgewandelt, um nach den transport erst zu stärke zu reagieren?

    Von Pinar102, vor fast 8 Jahren
Mehr Kommentare

Fotosynthese - Die lichtunabhängige Reaktion Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Fotosynthese - Die lichtunabhängige Reaktion kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschrifte den Aufbau der Chloroplasten.

    Tipps

    Die Thylakoidmembran erinnert in ihrem Aufbau an einen Geldstapel.

    Lösung

    Die Chlororplasten sind der Ort der Fotosynthese. In der Thylakoidmembran, die in ihrem Aufbau an einen Geldstapel erinnert, findet die Lichtreaktion statt. In der Matrix (=Stroma) läuft die Dunkelreaktion ab. Die entstandene Glucose wird in den Stärkekörnern als Assimilationsstärke gespeichert.

  • Beschreibe den Calvin-Zyklus.

    Tipps

    Der im ersten Schritt entstandene $C_6$-Körper zerfällt rasch in zwei $C_3$-Körper.

    Lösung

    Die Dunkelreaktion findet in einem Zyklus statt, welcher nach seinem Entdecker als CALVIN-Zyklus genannt wird. Dieser Zyklus kann in drei Schritte untergliedert werden.

    1. Fixierung des Kohlenstoffdioxids: Zu den 6 Ribulosebisphosphaten werden 5 Kohlenstoffdioxidmoleküle und 6 Wassermoleküle gegeben. Mit dem Enzym Ribulosebisphosphat entstehen 12 Mal 3-Phosphoglycerinsäuren.

    2. Reduktion des $C_3$-Körpers: Die Produkte der Primärreaktion, $ATP$ und $NADPH+H^+$, werden eingesetzt. Es entstehen durch Reduktion 12 3-Phosphoglycerinaldehyde. Zwei von ihnen bilden in mehreren Reaktionsschritten Glucose.

    3. Regenerierung des Primärakzeptors: 10 Phosphoglycerinaldehyde werden wieder zu Ribulosebisphosphat, dem Primärakzeptor für Kohlenstoffdioxid, umgewandelt.

  • Beschreibe, was mit der Glucose in einer Pflanze passiert.

    Tipps

    Sekundärstärke wird auch als Speicherstärke bezeichnet.

    Stärkekörner finden wir in den Chloroplasten.

    Lösung

    Die Glucose ist wasserlöslich. Sie wird daher in Stärke umgewandelt, denn diese ist nicht wasserlöslich. Diese Stärke wird in den Stärkekörnern der Chloroplasten gespeichert. Sie wird als primäre Stärke oder auch Assimilationsstärke bezeichnet.

    Doch wie gelangt die Stärke in Kartoffelknollen oder Samen von Pflanzen? Dafür wird sie erst in Saccharose umgewandelt und so über die Leitbündel transportiert. So gelangt sie zum Zielort und wird dort wieder in Stärke (= Sekundärstärke oder Speicherstärke) umgewandelt. Diese wird in den Amyloplasten gespeichert und steht der Pflanze, zum Beispiel für einen Wiederaustrieb im Frühjahr, zur Verfügung.

  • Erkläre die Lichtreaktion bei $C_4$-Pflanzen.

    Tipps

    Hier sieht man die anatomischen Besonderheiten einer C4-Pflanze.

    Lösung

    Die Maispflanzen zählt wie auch Zuckerrohr zu den Hochleistungspflanzen. Man bezeichnet sie auch als $C_4$- Pflanzen. Dieser Name kommt daher, dass die erste Verbindung, die bei der Fotosynthese entsteht, ein $C_4$-Körper ist.

    Die $C_4$-Pflanzen besitzen durch die Kohlenstoffdioxid-Fixierung auch bei geschlossenen Stomata genug Kohlenstoffdioxid für die Fotosynthese. Aus diesem Grund ist der Mais bei Lenas Experiment auch im Vorteil.

    Der Weizen zählt zu den $C_3$-Pflanzen. Bei ihnen stellt der Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft bei der Fotosyntheseleistung einen limitierenden Faktor dar.

  • Erläutere die Bedeutung der Fotosynthese.

    Tipps

    Als „Abfallprodukt“ entsteht bei der Fotosynthese Sauerstoff.

    Lösung

    Die Fotosynthese ist einer der wichtigsten biochemischen Vorgänge auf der Erde. Alle heterotrophen Lebewesen sind auf die Leistungen der autotrophen, grünen Pflanzen angewiesen. Die Sonnenenergie wird von den Pflanzen genutzt, um energiereiche Stoffe aufzubauen. Neben dem Stoffaufbau entsteht Sauerstoff, den wir einatmen. Durch Fixierung des Kohlenstoffdioxids, das durch die Atmung entsteht, wird dieses aus der Atmosphäre wieder entfernt.

  • Erkläre, was Source- und Sink-Gewebe sind.

    Tipps

    Früchte nehmen Saccharose auf und speichern sie. Daher sind sie auch so schön süß.

    Lösung

    Als Source-Gewebe bezeichnet man Pflanzengewebe oder Organe, die fotosynthetisch erzeugte Assimilate über das Phloem exportieren. Dabei handelt es sich meistens um Blätter, die mehr Fotosyntheseprodukte herstellen, als sie selbst gebrauchen können.

    Als Sink-Gewebe werden Gewebe bezeichnet, die selbst keine oder nur sehr wenige Fotosyntheseprodukte bilden. Sie sind auf die Assimilate aus den Source-Geweben angewiesen. Hierzu zählen Früchte, Samen oder auch Knollen wie die der Kartoffel.

    Zweijährige Pflanzen wie die Zuckerrübe besitzen beides. Im ersten Jahr speichern die Wurzeln als Sink-Gewebe die Fotosyntheseprodukte. Im zweiten Jahr nutzen sie diese für den Wiederaustrieb.