Referat - Photosynthese

1. Zielsetzung
2. Bedeutung der Photosynthese 
3. Problemlegung 
4. Entdeckung der Photosynthese
5. Bausteine der Photosynthese
6. Abhängigkeiten
7. Ablauf der Photosynthese
8. Der Reaktionsort
9. Die Bedeutung der Photosynthese
1.Zielsetzung
Wir stellen das Wachstum von Biomasse, sowohl über die biologischen Stoffwechselprozesse der Photosynthese als auch über den chemischen Aspekt der Energiefixierung in Molekülen dar und zeigen, dass mathematische Wachstumskurven durch biologische Systeme in ihrer Linearität durchbrochen werden. Auf Deutsch: Wir wollen der Fotosynthese auf den Zahn fühlen und sie von A bis Z kennen lernen und untersuchen
2.Bedeutung der Fotosynthese
Die Grundlage allen Lebens sind die Pflanzen; denn KEIN LEBEN OHNE PFLANZEN!!!! Der Vorgang der Fotosynthese produziert jährlich ca. 150.000.000.000 Tonnen energiereiche Kohlenhydrate und als "Abfallprodukt" eine ebenso gigantische Menge Sauerstoff (O2). Ausgangsstoffe für diesen Vorgang sind Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O). Und diese Ausgangsstoffe werden durch die Photosynthese in Kohlenstoffe umgewandelt.  Photosynthesengleichung: 6CO2 + 12H2O --> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Definition: Die Photosynthese ist die biologische Umwandlung elektromagnetischer (oder Strahlungsenergie) in chemische Energie!
4. Entdeckung der Photosynthese
Beim Experiment VAN HELMONTS (ein Weidenzweig mit 2,5 kg war in einem Topf mit 100 kg Erde gepflanzt worden. In 5 Jahren hatte der Baum 84,5 kg, das Trockengewicht der Erde hatte sich aber nur um 60 g verringert) wog die Weidenpflanze nach fünf Jahren das Vielfache des Anfangsgewichts. Man weiß, dass eine solche Pflanze zu 80 % aus Wasser besteht, dies sind rund 67,5 kg. Das Trockengewicht dieser Pflanze beträgt demnach 84,5 kg - 67,5 kg = 17 kg.Die Gewichtszunahme der Weidenpflanze in fünf Jahren war  84,5 kg - 2,5 kg = 82 kg.Die Mineralsalzaufnahme von 60 g reicht nicht aus zu erklären, wo die 17 kg organischer Substanzzunahme herstammen. Neben der Aufnahme von Stoffen aus dem Boden muss es eine weitere Form der Stoffaufnahme geben. Dies führt zu der Frage, welche Bestandteile der Luft eine Rolle für das Leben der Pflanzen spielen. Die ersten Versuche zur Klärung dieser Problematik führte JOSEPH PRIESTLEY gegen Ende des 18. Jahrhunderts durch. PRIESTLEY brachte eine Kerze in einen abgeschlossenen Behälter. Die Kerze erlosch nach kurzer Zeit. Als er eine Maus in den gleichen Behälter brachte, starb sie. Daraufhin setzte er Maus und Kerze zusammen in den Behälter. Die Kerze erlosch schneller als sonst. Offenbar benötigten Maus und Kerze den gleichen Bestandteil der Luft. Wenn nun aber auf der Erde ständig Verbrennungsprozesse stattfinden und gleichzeitig viele Lebewesen atmen, müsste dann nicht dieser Luftbestandteil eines Tages verbraucht sein? Im Rahmen weiterer Versuche machte PRIESTLEY im Verlauf des Monats August 1771 eine wichtige Entdeckung. Am 17. August hatte er einen Minzezweig in die Luftmenge eingebracht in der zuvor eine Kerze erloschen war. Am 27. August konnte er in der ursprünglich verbrauchten Luft wieder eine Kerze zum Brennen bringen. Die Pflanze hatte der Luft offensichtlich den Bestandteil wiedergegeben, der ihr zunächst durch die Kerze entnommen worden war. Der holländische Arzt IAN INGENHOUSZ (1730-1799) entdeckte die Bedeutung des Lichtes und der grünen Pflanzenteile für die Wiederherstellung „guter“ Luft. Seine Forschungen zeigten, dass der entscheidende Anteil der „schlechten“ Luft das Kohlenstoffdioxid war und derjenige der „guten“ Luft der Sauerstoff. Im Jahre 1804 bewies der Schweizer DE SAUSSURE durch sorgfältigen Vergleich des Gewichts der von der Pflanze produzierten organischen Substanz und des von ihr abgegebenen Sauerstoffs mit der Menge des aufgenommenen Kohlenstoffdioxids, dass zwischen den Ausgangsstoffen und Reaktionsprodukten eine Differenz besteht. Dies konnte nur dann erklärt werden, wenn neben dem Kohlenstoffdioxid auch das Wasser zur Ernährung der Pflanze beiträgt. Damit war die qualitative Beschreibung der Photosynthese in ihren Grundzügen gelungen:Kohlenstoffdioxid + Wasser (+ Licht) --> organische Substanz + Sauerstoff.  In der Folgezeit fand man heraus, dass die Menge des aufgenommenen CO2 genau der Menge des abgegebenen O2 entspricht. Dieses Verhältnis wird als Photosynthesequotient bezeichnet. Das organische Photosyntheseprodukt in den belichteten Sprossen erwies sich als Stärke. Da Stärke aus Glucosebausteinen aufgebaut ist, durfte man mit Recht vermuten, dass zunächst Glucose als organisches Reaktionsprodukt auftrat. Die Ausgangsstoffe der Photosynthese (CO2, H20) sind energiearme Verbindungen, Glucose ist dagegen energiereicher. Diese Verbindung kann in Form von Stärke gespeichert und bei Bedarf für bestimmte Lebensprozesse genutzt werden. Hierdurch unterscheidet sich die Photosynthese wesentlich von anderen Photochemischen Prozessen (z. B. Ausbleichen von Farben oder Photographische Prozesse), bei denen die Reaktionsprodukte sofort zerfallen und ihre Energie in Form von Wärme freisetzen.
5. Bausteine der Photosynthese
Insgesamt kann man von 8 Bausteinen ausgehen:
 1. Kohlenstoff
welcher in der Luft als Kohlendioxid vorkommt oder unter Wasser in Form der Kohlensäure, und als Calciumcarbonat
Nachweis:Glaskammerversuch:
Stellt man eine Pflanze in einen luftdicht verschlossenen Behälter und misst den CO2-Gehalt in Abständen
2. Wasser (Isotop)
H2 O (schweres Wasser)
Der bei der Photosynthese entstehende Sauerstoff kommt aus dem Wasser
3. Licht
Mehr Licht steigert die Photosynthesenaktivität, aber zu viel Licht kann eine Schädigung der Blätter hervorrufen ( = Photooxidation des Chlorophylls). Lichtsättigung bedeutet, dass so viel Licht vorhanden ist, dass eine maximale Photosyntheseleistung stattfinden kann.
 4. Chlorophyll
Es gibt Schattenblätter und Sonnenblätter . Schattenblätter haben eine dünnere lichtdurchlässigere Oberfläche, Sonnenblätter können dicker sein, da sie mehr Licht ausgesetzt werden.
Nachweis:
Färbt man ein panaschiertes Blatt (= Blatt welches nur an bestimmten Stellen Chlorophyll besitzt) mit Jod (Kaliumjodit), dann färbt sich die Stärke, die ein Endprodukt der Photosynthese ist und nur dort vorhanden sein kann, wo sich auch das Chlorophyll befindet, blau.
5. Sauerstoff
Nachweis:
Bei Aquariumpflanzen kann man kleine sichtbare Blässchen erkennen, dies ist der Sauerstoff, den die Pflanze benötigt
6. Temperatur
Das Optimum beträgt 33°C, bei zu niedriger Temperatur würden die chemischen Reaktionen versagen und bei zu hoher gäbe es Probleme mit der Enzymfunktion
7. Glukose (Zucker)
Ist das Endprodukt der Photosynthese. Ein großer Baum produziert in zwei Std. ca. 1 Mol ( 1 Mol entspricht 6 * 10 Teilchen)
8. Blatt
Hat an der Unterseite ca. 600 Spaltöffnungen, welche für den Gasaustausch bei der Photosynthese dienen
6. Abhängigkeiten der Photosynthese
 Die Photosynthese hängt entscheidend von der Lichtmenge ab. Ist kein Licht vorhanden, so kann man keine Photosynthese messen; die Pflanze betreibt Atmung und verbraucht dabei Sauerstoff. Am Lichtkompensationspunkt ist die Lichtmenge so groß, dass sich die Photosynthese und Atmung gerade aufheben. Bei zu viel Licht nimmt die Photosyntheseleistung ab, weil die Pigmente zersört werden. Neben der Lichtquantität spielt auch die Lichtqualität eine wichtige Rolle, also die Wellenlänge bzw. Farbe des Lichts. Dies hängt mit den Photosynthesepigmenten zusammen.Da in der Dunkelreaktion CO2 fixiert wird, ist auch die Konzentration des Kohlenstoffdioxids wichtig. Die Luft enthält ca. 0,03% CO2 , optimal wären jedoch 0,1%. Bei diesem Faktor gibt es einen CO2-Kompensationspunkt. Hier handelt es sich um die CO2-Konzentration, bei der sich Atmung der Pflanze und Photosynthese gegenseitig aufheben.Die Enzyme der Dunkelreaktion sind wie alle Enzyme temperaturabhängig. Sie folgen der RGT-Regel: Die Erhöhung der Temperatur um 10°C bewirkt eine Verdoppelung de...


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