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Traubenzucker – wichtiges Produkt der Fotosynthese

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Team Digital
Traubenzucker – wichtiges Produkt der Fotosynthese
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Grundlagen zum Thema Traubenzucker – wichtiges Produkt der Fotosynthese

Inhalt

Traubenzucker als Produkt der Fotosynthese – Biologie

Pflanzen sind für uns Menschen unheimlich wichtig. Sie binden zum einen das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid und produzieren zum anderen Sauerstoff, einen wichtigen Bestandteil unserer Atemluft. Der Prozess, welcher Kohlenstoffdioxid und Wasser unter Einwirkung von Licht in Sauerstoff umwandelt, wird in der Biologie als Fotosynthese bezeichnet. Doch Sauerstoff ist dabei nur ein nützliches Nebenprodukt. Das wichtigste Produkt der Fotosynthese für die Pflanze selbst ist der Traubenzucker. Damit kann die Pflanze nämlich viele andere Stoffe herstellen. Und welche das genau sind, erfährst du im folgenden Text.

Was ist Traubenzucker? – Definition

Traubenzucker wird in der Chemie und Biologie meist als Glucose bezeichnet. Um fachlich korrekt zu sein, müsste man also sagen, dass bei der Fotosynthese Glucose produziert wird. Bei der Glucose handelt es sich um einen Einfachzucker, auch Monosaccharid genannt, mit der Formel $\ce{C_6H_{12}O_6}$.

Bedeutung von Traubenzucker

Aber wofür braucht die Pflanze Glucose, also Traubenzucker? Traubenzucker ist sozusagen der Grundbaustein der Pflanze. Er kann vielseitig umgewandelt werden und findet so in verschiedenen Pflanzenteilen Verwendung. So wird der Traubenzucker in der Pflanze beispielsweise in den uns bekannten Haushaltszucker, die Saccharose, umgewandelt. Welche anderen Stoffe noch aus Traubenzucker entstehen und in welchen Pflanzenteilen, erfährst du jetzt.

Stärke

Stärke ist die Speicherform der Glucose. Sie ist ein Vielfachzucker, auch Polysaccharid genannt, und setzt sich aus zahlreichen Glucose‑Einheiten zusammen. Diese sind $\alpha$-verknüpft. Es gibt auch $\beta$-verknüpfte Einheiten von Monosacchariden. Ob man von $\alpha$- oder $\beta$-Verknüpfungen spricht, hängt von der Stellung der anomeren Hydroxy-Gruppe $(-OH)$ ab. Warum das wichtig ist, klären wir später. Aber wie entsteht nun die Stärke in der Pflanze? Zunächst wird Stärke in den Chloroplasten der grünen Pflanzenteile gebildet. Wird ein Blatt belichtet, bildet sich durch Fotosynthese Glucose, welche in Form von Stärke gespeichert wird. Im Mikroskop kann man in den Zellen der grünen Blätter sogenannte Stärkekörner sehen. In der Nacht, wenn es dunkel ist, können Pflanzen keine Fotosynthese betreiben. Die dennoch benötigte Energie beziehen sie dann aus der am Tag gespeicherten Stärke. Diese wird mithilfe von Enzymen über Zwischenprodukte in Saccharose umgewandelt. Wie du siehst, ist Stärke ein wichtiger Reservestoff der Pflanze. Sie liefert auch dann Energie, wenn keine Fotosynthese stattfinden kann. Die kostbare Stärke muss also in Teilen der Pflanzen gespeichert werden, die vor Fressfeinden geschützt sind. Die Blätter sind daher nur ein vorübergehender Speicherort der Stärke. Meist liegen die Speicherorte geschützt unter der Erde in den Wurzeln oder in verdickten bis verholzten Sprossachsen.

Als Beispiel sind hier die Kartoffelknollen zu nennen. Sie sind selbst nicht grün und können keine Fotosynthese betreiben, aber sie besitzen jede Menge Stärke. In den grünen Blättern einer Kartoffelpflanze wird durch Fotosynthese erst Glucose und dann Stärke gebildet. Diese wird in der Nacht in Saccharose umgewandelt, durch das Phloem – einen Teil des Leitgewebes, welches die Pflanze von den Wurzeln bis zu den Blättern durchzieht – in die Kartoffelknollen transportiert und dort wieder in Stärke umgewandelt. Deshalb enthalten Kartoffelknollen sehr viel Stärke.

Saccharose

Wie du vielleicht schon mitbekommen hast, ist die Saccharose die Transportform der Glucose. Es handelt sich um einen Zweifachzucker, einem Disaccharid. Die Saccharose wird im Cytoplasma der Zelle gebildet. Dazu wird die gespeicherte Stärke in den Chloroplasten enzymatisch zu sogenannten Triosephosphaten gespalten. Diese werden ins Cytoplasma geschleust und über mehrere Schritte zu Saccharose umgewandelt. Anschließend wird die Saccharose in den Siebröhren des Phloems zu den nichtgrünen Pflanzenteilen transportiert und wieder in Stärke umgewandelt. Nichtgrüne Pflanzenteile sind beispielsweise Wurzeln, Knollen oder Früchte.

Fette und Öle

Wusstest du, dass in der Pflanze Öle und Fette aus Traubenzucker hergestellt werden? Öle und Fette sind nicht wasserlöslich. Sie bestehen im Grunde aus Glycerin mit drei angehängten Fettsäuren. Fettsäuren wiederum sind lange Kohlenwasserstoffketten. Sie werden in einem komplizierten Syntheseprozess aus Glucose herstellt. Die Herstellung dieser Fettsäuren findet bei grünen Pflanzenteilen innerhalb der Chloroplasten statt, in nichtgrünen Pflanzenteilen sind Chromoplasten, Leukoplasten oder Proplastiden die Orte der Fettsäureherstellung.

Ein Gramm Fett hat mehr Energie als ein Gramm Stärke. Jedoch sind Fette für Pflanzen ein ungeeigneter Reservestoff, da sie einen komplizierten Auf- und Abbauprozess haben und anders als Stärke nicht zur Festigkeit der Pflanze beitragen. Aber sie sind der perfekte Reservestoff für Samen: Auf kleinstem Raum kann so Energie für das Austreiben einer neuen Pflanze bereitgestellt werden.

So enthalten beispielsweise Sonnenblumensamen sehr viel Öl. Als nichtgrüne Pflanzenteile enthalten sie zwar keine Chloroplasten, aber stattdessen eine Vorstufe davon, die Proplastiden. Auch für unsere Ernährung sind pflanzliche Fette und Öle von Bedeutung. Du kennst bestimmt die folgenden Beispiele: Sonnenblumenöl, Rapsöl und Kokosfett. Sicher fallen dir noch mehr Öle und Fette ein, die in Pflanzen gespeichert und vom Menschen genutzt werden.

Zellulose

Für die Pflanze gibt es noch einen anderen wichtigen Stoff – die Zellulose. Sie ist der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand und verleiht der Pflanze Stabilität. Ähnlich wie Stärke ist die Zellulose ein Polysaccharid und besteht aus zahlreichen Glucose‑Einheiten. Nur sind diese in der Zellulose $\beta$-verknüpft. Wir erinnern uns: In der Stärke sind die Glucose‑Einheiten $\alpha$‑verknüpft. Dadurch hat Zellulose wiederum ganz andere Eigenschaften als Stärke. Zucker mit $\alpha$‑Verknüpfungen sind für uns Menschen verdaulich. Die $\beta$-verknüpften Zucker wie die Zellulose sind es jedoch nicht.

Häufige Fragen zum Thema Fotosynthese und Traubenzucker

Was entsteht bei der Fotosynthese außer Traubenzucker noch?
Warum muss die Pflanze mehr Glucose am Tag bilden, als durch die Zellatmung abgebaut wird?
Was macht die Pflanze mit dem Traubenzucker?
Wo wird Zucker in der Pflanze gespeichert?
Entscheide, welche Aussagen stimmen. Fotosynthese... A: benötigt Wasser; B: benötigt Kohlenstoffdioxid; C: benötigt Sauerstoff; D: produziert Sauerstoff und Zucker.

Traubenzucker – wichtiges Produkt der Fotosynthese Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Traubenzucker – wichtiges Produkt der Fotosynthese kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die Ausgangsstoffe und die Produkte der Fotosynthese.

    Tipps

    Das Wasser für die Fotosynthese nehmen die meisten Pflanzen über ihre Wurzeln auf.

    Den Kohlenstoffdioxid für die Fotosynthese nehmen Pflanzen über ihre Spaltöffnungen auf.

    Es gibt zwei Ausgangsstoffe und zwei Produkte.

    Lösung

    Die Ausgangsstoffe der Fotosynthese sind Kohlenstoffdioxid und Wasser. Aus ihnen entstehen unter Nutzung von Lichtenergie die Produkte Traubenzucker und Sauerstoff.

  • Beschreibe die verschiedenen Typen von Stoffwechselprodukten.

    Tipps

    In dieser Abbildung siehst du den Aufbau der Saccharose aus zwei Ringen: ein Sechsring und ein Fünfring.

    In dieser Abbildung siehst du den Aufbau der Stärke aus mehreren Sechsringen.

    Lösung
    • Glucose: Dieses Kohlenhydrat entsteht bei der Fotosynthese. Es ist ein Einfachzucker, der zu anderen Stoffwechselprodukten umgewandelt werden kann.
    • Saccharose: Dieses Kohlenhydrat ist eine wichtige Transportform. Es handelt sich um einen Zweifachzucker.
    • Stärke: Dieses Kohlenhydrat ist eine der wichtigsten Speicherformen. Es handelt sich um einen Mehrfachzucker, der aus mehreren Glucosemolekülen zusammengesetzt ist.
    • Fette und Öle: Sie sind keine Kohlenhydrate, aber dennoch sehr energiereiche Speicherformen der Pflanze.
  • Erläutere den Unterschied zwischen Stärke und Zellulose.

    Tipps

    Zwei der Begriffe passen in keine der Lücken.

    In der Abbildung kannst du sehen, woraus die Stärke und die Zellulose aufgebaut sind.

    Die orangen Kreise auf der Abbildung markieren den Unterschied zwischen der Zellulose und der Stärke.

    Lösung

    Stärke und Zellulose sind Mehrfachzucker. Sie sind beide aus einzelnen Glucoseeinheiten aufgebaut. Einzig die Art ihrer Verbindungen unterscheidet sich.

    Durch die ungleiche Struktur unterscheiden sich die zwei Stoffe auch in ihrer Funktion: Die Stärke dient vor allem als Speicherstoff der Pflanze, während die Zellulose Hauptbaustoff der pflanzlichen Zellwand ist und ihr ihre Stabilität verleiht. Die Stärke kann vom Menschen verdaut werden, die Zellulose hingegen nicht.

  • Leite her, warum Brot süß schmeckt, wenn man es lange kaut.

    Tipps

    Nur eine Antwort ist korrekt.

    Überlege anhand der Informationen über die Enzyme, was im Mund mit der Stärke passiert. Gehe zudem nach dem Ausschlussprinzip vor.

    Enzyme aus Pflanzen und Tieren vertragen keine Hitze, wie sie für das Backen notwendig ist. Enzyme werden beim Backen zerstört.

    Lösung

    Brot wird aus Mehl gebacken und Mehl besteht aus Getreidesamen. Der Hauptbestandteil des inneren Korns ist Stärke. Brot enthält demnach ebenfalls sehr viel Stärke.

    Die Frage ist nun, was mit der Stärke passiert. Stärke ist ein Mehrfachzucker und besteht aus Glucosemolekülen, die α-verknüpft sind. Demnach kann Stärke auch nur durch ein Enzym abgebaut werden, welche α-Verknüpfungen trennen kann. Dieses Enzym ist die α-Amylase. Sie kommt im menschlichen Speichel vor.

    Nimmt man also ein Stück Brot in den Mund und zerkaut dieses lange, wirkt das Enzym aus dem Speichel und die Stärke in dem Brot wird zu kürzeren Glukoseketten (Mehrfachzuckern) abgebaut. Diese Mehrfachzucker, zum Beispiel Maltose, haben einen süßlichen Geschmack. Somit schmeckt das Brot nach einer Weile süß.

    Die Enzyme aus der Pflanze, also die β-Amylasen, werden spätestens beim Backen zerstört, sodass sie im Brot keinerlei Wirkung mehr haben. Enzyme sind nämlich Proteine, wovon die meisten bei Temperaturen ab 40 °C kaputtgehen.

  • Benenne Pflanzen, welche besonders viel Energie in Form von Fetten einlagern.

    Tipps

    Zwei der Bilder müssen ausgewählt werden.

    Aus Sonnenblumensamen kann wegen ihres hohen Fettgehalts Sonnenblumenöl produziert werden.

    Aus Oliven kann wegen ihres hohen Fettgehalts Olivenöl hergestellt werden.

    Lösung

    Zwei Pflanzen, die besonders viel Energie in Form von Fetten einlagern, sind der Olivenbaum und die Sonnenblume.

    Die Erbse und die Kartoffel enthalten nicht besonders viel Fett: Die Erbse hat einen besonders hohen Gehalt an Proteinen und die Kartoffel enthält besonders viele Kohlenhydrate.

  • Ermittle, durch welche chemischen Eigenschaften Stärke und Saccharose ihre Funktionen erfüllen.

    Tipps

    Zwei der Antworten sind falsch.

    In der Abbildung kannst du den Aufbau der Saccharose sehen. Sie ist aus dem Sechsfachzucker Glucose (links) und dem Fünffachzucker Fructose (rechts) zusammengesetzt.

    Fructose ist deutlich besser in Wasser löslich als Glucose.

    Ein Stärkemolekül besteht aus vielen Glucosemolekülen, die miteinander verknüpft sind. Enzyme können diese Verbindungen wieder lösen.

    Lösung

    Du hast gelernt, dass Saccharose die Transportform der Glucose ist und Stärke ihre Speicherform. Die Mechanismen hinter diesen Funktionen sind chemische Eigenschaften der Stoffe.

    Saccharose setzt sich aus jeweils einem Glucose- und einem Fructosemolekül zusammen. Sie ist deshalb größer als ein einfaches Glucosemolekül. Durch die Bindung der beiden Zuckermoleküle ist Saccharose deutlich weniger chemisch reaktiv als Glucose. Da Fructose deutlich besser wasserlöslich ist als Glucose, ist die Löslichkeit der Saccharose größer als die der Glucose. Diese beiden Eigenschaften führen dazu, dass die Saccharose leichter durch die Pflanze transportiert werden kann.

    Stärke hingegen ist wenig löslich in Wasser. Dadurch kann sie viel kompakter gespeichert werden. Durch Enzyme (Amylasen) kann Stärke dann wieder in Einfachzuckermoleküle aufgespalten werden.

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