Enzyme ( 14.5.2012)

Enzyme sind Proteine, die eine oder mehrere biochemische Reaktionen katalysieren können. 

Was ist ein Katalysator?

Ein Katalysator erhöht die Geschwindigkeit, mit er eine Reaktion abläuft, ohne selbst verändert zu werden. 

Enzyme die nur ein Substrat binden können sind substratspezifische Enzyme. Im Normalfall können sie nur eine Reaktion mit dem Substrat hervorrufen, sie sind somit auch wirkspezifisch.

Der wissenschaftliche Name der Enzyme setzt sich immer aus 3 Faktoren zusammen,

- der Bezeichnung des Substrates 

- der Bezeichnung der Reaktion, die das Enzym katalysiert

- der Endung -ase

Bsp.: Succinatdehydrogenase 

Die Enzyme werden nach der Art der Reaktion in Gruppen eingeteilt. 

Die meisten Enzyme die im Cytoplasma frei vorliegen, sind globuläre Enzyme (fast kugelförmige Proteine).

Alle Enzyme weisen als weitere gemeinsame Eigenschaft taschen- oder spaltenförmige Öffnungen auf. Diese Einbuchtungen nennt man aktives Zentrum, dort findet die Reaktion statt die das Enzym beschleunigt. Das aktive Zentrum ist so geformt das jeweils nur das zum Enzym passende Substrat sich binden kann, Schlüssel-Schloss- Modell. Manche Enzyme bessern die Passform nachträglich nach um somit das Substrat besser zu umschließen, Induced-fit-Modell. 

Fotosynthese C3- und C4-Pflanzen im Vergleich

Vergleich C3 und C4 Pflanzen

C3 - Pflanze :
° Blattanatomie :
- Schichttyp mit Palisaden und Schwammgewebe
° Lebensbedingungen :
- Lichteinstrahlung nicht zu hoch
- ausreichend H2O
- mittlere Temperatur
° Fotosyntheseleistung
-bei normalen Temperaturen und Lichtverhältnissen ist FS am effektivsten

CC4 - Pflanze :
° Blattanatomie :
- Kranztyp mit Mesophyllzellen um das Leitbündel
- hohe Anzahl der Chloroplasten
° Lebensbedingungen :
- trocken, heiß und sonnig
° Fotosyntheseleistung :
- besonders hohe FS-leistung, wenn hohe Lichtintensität & H2O
-> durch doppelte CO2-Fixierung

Eine kurze Zusammenfassung von dem was wir gemacht haben

Die Bedeutung der Fotosynthese :
- Lebensnotwendig für Pflanze, Mensch und Tier
- nimmt CO2 auf und gibt O2 ab
- 6CO2 + 6H2O -> C6H12O6
- ....

ATP :
- Adenosie-tri-phosphat
- wichtigster Energielieferant

NADPH + H+ :
- Reduktionsmittel

Primärreaktion / Lichtabhängige Reaktion :

(http://www.jagemann-net.de/biologie/bio12/fotosynthese/files/lichtreaktion-schema-2.png)

Sekundärreaktion / Lichtunabhängige Reaktion :

(http://www.jagemann-net.de/biologie/bio12/fotosynthese/files/calvin_schema.gif)



Es gibt mehrere Fotosynthesefaktoren die erfüllt werden müssen damit die Pflanze die FS am effektivsten ausüben kann.
Bsp. Temperatur, Licht, Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Temperatur :
- liegt an Teilchenbewegung bei höherer Temperatur -> Leistungssteigerung
- nicht zu hoch sonst funktionieren die Vorgänge der FS nicht mehr
Licht:
 - je mehr desto besser
- gibt einen Lichtkompensationspunkt
- diesen muss pflanze erreichen um CO2 Freisetzung und Abgabe auszugleichen
Kohlenstoffdioxid :
- 0,038 % in der Luft
- Pflanze braucht CO2 um FS zu betreiben



Chloroplast :

(http://images.tutorvista.com/content/feed/tvcs/chloroplastCartoon.gif)


Warum sind Pflanzen grün ?
- blaues und rotes Licht wird sehr stark absorbiert
- gelbes teilweise
- grünes Licht wird reflektiert und ein Teil des gelben Lichts auch
-> das Blatt wird grün




und euch allen viel Glück bei der Klausur :)

Lieber Biokurs,

hier der link zu unserer zusammenfassenden PowerPointPräsentation: Fotosynthese! Um diese Öffnen/Herunterladen zu können, müsst ihr euch zunächst bei blogger mit unseren Zugangsdaten anmelden, dann sollte der Download funktionieren.

Liebe Grüße, Frau D.

Fotosynthesefaktoren, C4- und CAM-Pflanzen

Abhängigkeit der Fotosynthese von Außenfaktoren

Die Fotosyntheseleistung hängt von mehreren Faktoren gleichzeitig ab. Ist ein Faktor nicht optimal, so wird die Fotosyntheseleistung stark beeinträchtigt. Hierzu formolierte JUSTUS VON LIEBIG das "Gesetz des begrenzten Faktors", welches besagt: Hängt ein Prozess von mehreren Faktoren ab, so kann seine Intensität nur durch denjenigen Faktor gesteigert werden, der jeweils im Minimum ist und daher begrenzt wird. Der begrenzte Faktor wird auch limitierender Faktor genannt.

Faktoren

• Temperatur
• Kohlenstoffdioxid
• Licht

Temperatur: Die Temperaturabhängigkeit der Fotosynthese wird einem Temperatur-Fotosyntheseleistung-Diagramm als Optimumkurve dargestellt. Der Q10-Wert oder auch die Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel (RGT-Regel) besagen, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt, wenn die Temperatur um 10°C erhöht wird. Jedoch nimmt die Geschwindigkeit wieder ab, wenn die Temperatur höher ist, als das Optimum. Der Q10-Wert der Fotosynthese beträgt 2 bis 3, wobei der Q10-Wert eines Temperaturunabhängigen Prozesses bei 1 liegt.

Kohlenstoffdioxid: Der normale CO2-Gehalt der Luft beträgt 0,038%. Dies ist dann der limitierender Faktor, wenn die optimale Temperatur erreicht wurde und die Lichtintensität hoch ist. Die Fotosyntheseleistung wird erhöht, wenn CO2 beigefügt wird.

Licht: Bei sehr schwachem Licht oder auch im Dunkeln liegt bei den Pflanzen nur eine Atmung vor, bei der O2 aufgenommen und CO2 freigesetzt wird. Mit zunehmender Beleuchtungsstärke setzt die Fotosynthese ein, bei der CO2 aufgenommen und O2 freigesetzt wird. Der Punkt, an dem sich die CO2-Freisetzung und die CO2-Aufnahme ausgleichen, nennt man Licht-Kompensationspunkt. Im Koordinatensystem liegt dieser Punkt dort, wo die Kurve die Abszisse schneidet. Eine Pflanze kann nur überleben, wenn sie einen Kohlenstoff-Nettogewinn, der oberhalb des Lichtkompensationspunktes liegt, durch Fotosynthese erziehlt. Liegt ein linearer Antieg der Kurve vor, ist die Fotosynthese durch Licht gegrenzt. Bei erhöhung der Beleuchtungsstärke stoppt die Fotosyntheserate. Dann limitiert die CO2-Konzentration die Fotosyntheserate. Wann der Lichtkompensationspunkt und die Lichtsättigung erreicht ist, hängt von der Pflanzenart ab, denn man unterscheidet Sonnen- und Schattenpflanzen, aber auch Sonnen- und Schattenblätter ein und derselben Pfalanze.

Kurzanleitung zur Pflege ihrer Pflanze

Damit ihr Pflanze nicht eingeht, sollten Sie einige, aber wichtige, Dinge beachten:
1) Ihre Pflanze benötigt Licht. Stellen sie Ihre Pflanze an einen sonnigen Platz, zum Beispiel ans Fenster.
2) Ihre Pflanze darf weder zu heiß noch zu kalt stehen. Um die optimale Temperatur für Ihre Pflanze zu finden, sollten sie sich vorher zu informieren, da jede Pflanze eine "Lieblingstemperatur" hat.
3) Ihre Pflanze benötigt zum Überleben CO2, das ist das am schwersten zu bewältigende Problem, da sie den Kohlenstoffdioxid-Gehalt in Ihrer Luft nicht kontrolieren können. Jedoch können sie dieses Problem vorbeugen, indem Sie Ihre Pflanze in einen Raumstellen, indem sich regelmäßig Personen befinden.
4)Ihre Pflanze sollte regelmäßig gegossen werden, damit sie nicht austrocknet.
Wenn Sie alle diese Punkte befolgen, wird Ihre Pflanze nicht eingehen.

Fotosynthese-Spezialisten C4- und CAM-Pflanzen (Besondere Fotosyntheseformen)

C4-Pflanzen (Mais, Zuckerrohr)

Der Bau der Blätter und den Leistungen des Fotosyntheseapparats sind an sonnig-heiße, zeitweilig trockene Standorte angepasst. Das zeigt Besonderheiten im Ablauf der Sekundärvorgänge. C4-Pflanzen  binden das CO2 als erstes an Phosphoenolpyruvat (C3-Körper) das in den Mesophyllzelen vorhanden ist. Daraus entsteht Malet, das Saltz der Äpfelsäure mit vie Kohlenstoffatome, ein C4-Körper (daher die Bezeichnung C4-Pflanze, anders bei den C3-Pflanzen, bei denen das CO2-Fixierungsproduckt nur drei C-Atome enthält). In normalen Fotosynthesezellen wird das CO2 wieder freigesetzt und in den CALVIN-Zyklus eingeschleust.

CAM-Pflanzen (Kakteen, Fetthenne)

Der Name CAM stammt von Crassulacea acid metabolism was Crassulaceen-Saurestoffwechsel bedeutet. CAM-Planzen sind an noch heißere Standorte angepasst. Ihre Waaserspeicherung liegt bei 90%. Nachts wird Kohlenstoffdioxid durch die geöffneten Spaltöffnungen aufgenommen und in Form von Malat gebunden. Am Tag sind die Spaltöffnungen geschlossen, so das ein Wasserverlust verringert wird. Das CO2 wird wieder aus Malat freigesetzt und in den CALVIN-Zyklus zum Aufbau von Kohlenhydrate genutzt. Diese Pflanzen wachsen jedoch sehr langsam, da ein großer Teils der tagsüber gebildeten Kohlenhydrate nachts abgebaut werden, wodurch ATP für die CO2-Bindung bereitgestellt wird.

Ablauf der Fotosynthese II: Sekundärreaktion / lichtunabhängige Reaktion
                                      M1

Die Abbildung M1 stellt die Dunkelreaktion der Fotosynthese dar.

1) Hier bindet Kohlenstoffdioxid an dem C5-Körper Ribulose-1,5-biophosphat.
2) Dabei ensteht ein C6-Körper.
3) Dieser C6-Körper ist sehr unstabiel und zerfällt daher sofort in zwei C3-Körper (3-Phosphoglyceran)
4) Die C3-Körper erhalten durch das ATP aus der Lichtreaktion noch eine zusätzliche Phosphatgruppe. Nach     der Abgabe von Wasserstoff (aus dem Reduktionsmittel NADPH aus der Lichtreaktion) an den C3-Körper,
   wird die
   Phosphatgruppe wieder frei. ADP und NADP geht aus dem Zyklus. Unser C3-Körper heißt jetzt
   Glycerinaldehyd-3-phosphat.
5)Ein Durchgang der Dunkelreaktion beinhaltet 12 C3-Körper, aus zweien davon entsteht unsere Glucose
   (C6H12O6)
6)Aus den anderen 10 C3-Körpern enstehen 6 C5-Körper, welche dann wieder als Ausgangsstoff zur
   Verfügung stehen.

Allgemein: 6CO2 + 12 (NADH+ + H+) + 18ATP -->C6H12O6 + NADP+ + 18 ATP + P + 6H2O

Erforscht und entdeckt von Melvin Calvin.

Jo Leute wenn jemand weiß wie ich Zahlen klein unten ahängen kann, wärs toll wenn derjenige es mir erklären könnte. Danke & viel spaß bei beim lernen ;-) Florian

Ablauf der Fotosynthese

Ablauf der Fotosynthese I: Primärreaktionen/ lichtabhängige Reaktion

Früher dachte man, es gäbe bei der Fotosynthese einen einfachen Prozess. Heute wissen wir, dass die Fotosynthese aus mehreren ,,komplizierten" Teilprozessen besteht. Der amerikanische Biologe R. EMERSON fand aus seinen Experimenten mit Algen heraus, dass bei der Aufnahme von Lichtenergie (also bei der Lichtreaktion) zwei Fotosysteme zusammarbeiten. Die Primär- oder lichabhängige Reaktion dient dazu ATP und NADPH+H+ für die Dunkelreaktion bereitzustellen.

 M1

 M1 stellt den Vorgang der Lichtreaktion schematisch dar.

1.  Das Fotosystem II wird von blauem Licht angeregt und gibt Elektron an das Redoxsystem   

     ab.

     Gleichzeitig wird das Wasser von Enzymen gespalten (Fotolyse), daraus gewonnene 
     Elektronen gelangen zum Fotosystem II.

2. Das Redoxsystem enthält Plastochinon, Cytochrom und Plastocyanin. Es transportiert 
    die Elektronem vom Fotosystem II zum Fotosystem I. Außerdem gibt es Elektronen an die 
    ATP-Synthase ab.

3. Das Fotosystem wird von rotem Licht angeregt. Dadurch gibt es Elektronen an ein anderes  
    Redoxsystem ab. Von dem Redoxsystem gelangen die Elektronen an die NADPH +H+     
    Reductase ab.


4.Oben aufgeführtes Schema ist nicht zyklisch, allerdings gibt an Punkt 4 einen kleinen   
    zyklischen Teil. Von dem Redoxsystem können Elektronen auch an die ATP-Synthase                 abgegeben werden. Das liegt daran, dass mehr ATP benötigt wird als NADPH+H+.

5.Die ATP-Synthase stellt ATP her und die NADPH+H+  Reducthase stellt  NADPH+H+ her.
   Beides gelangt zur Dunkelreaktion.
 
Haschi feat. Florian

Ergänzung Frau D.

Lieber Biokurs schaut euch doch zum besseren Verständnis folgenden Film an!!! Aber Vorsicht, hier versteckt sich ein Fehler..... Wer findet ihn?

Chromatographie der Blattfarbstoffe

Chromatographie der Blattfarbstoffe

Versuchsprotokoll:

1.Vorbetrachtung:

a)Prinzip der Chromatographie!

Die Chromatographie ist eine Methode zur Trennung von Farbstoffen.

b)Arten der Chromatographie:

• Gas
• Flüssig
• Papier
• Dünnschicht
• Säulen
• Gel

 2.Materialien: s. Versuchsanleitung
1Laufmittel (mobile Phase)
100ml Benzin
12ml Propanol
1Tropfen Wasser
Blätter/Messer/Quartzsand/Mörser/Brennspiritus/Filtertrichter/Filterpapier/Erlenmeyerkolben/Glaskapielan/Dünnschichtfolien

3.Durchführung: s. Versuchsanleitung
a)Herstellen der Rohchlorophyllösung

b)Dünnschichtchromatogramm

4.Ergebnis:
 Links:Spinat
Mitte:Petasilie
Rechts:Lauch

 5.Auswertung:(Hausaufgabe)
Insgesamt kann man bei gebauer betrachtung am Dünnschichchromatogramme alles wichtige ablesen.Wem das nicht reicht der kann im Linder Biologie Gesamtband von Schroedel auf Seite 84 unten rechts Abb.84.3 eine noch genauere Abbildung finden wo auch die genauen Fachbegriffe zu den passenden Farben findet.Wie man auf dem Bild sieht ist bei meiner Gruppe der Spinat (Links) am deutlichsten, bei jeder Gruppe war eins besser als das andere.

Warum sind Pflanzen eigentlich grün? - Chloroplasten und Chlorophyll

Chloroplasten und Chlorophyll 
(27.02.12)
Chloroplasten befinden sich im Schwamm- und Palisadengewebe ( bis zu 100 pro Zelle)
  -> entstehen aus farblosen Plastiden

Aufbau der Chloroplasten

Doppelmembran => Abgrenzung vom Umgebenden Cytoplasma

Stroma => Grundsubstanz

Thylakoid =>  zwei Membranen die einen Hohlraum einschließen

                    - Enthalten die Blattpigmente 

                    -aus Blattpigmente & Proteine bilden sich Molekülkomplexe ->finden Licht   .                  .                    abhängige Vorgänge der Fotosynthese statt (Fotosysteme)

Grana ( im bild Granum) => "Stapel" von Thylakoide

Stromathylakoide => Thylakoidemembranen im Bereich des Stroma

Fotosystem:

      - umgeben von vielen hunderte Pigmentmolekülen (Carotinoide und Chlorophyll) 

              - dienen als Lichtsammelkomplex

      - äußere Pigmentmolekühle dienen als " Antenne" -> Sie absorbieren Lichtenergie und leiten sie weiter zu den Chlorophyllmolekülen die angeregt werden und in einen energiereichen Zustand zu versetzten. 

Lichtabsorption für die Fotosynthese 

Damit die Pflanze das Licht nutzen kann muss es durch bestimmte Moleküle absorbiert werden. 

Das passiert durch die Chromatographorenpigmente die in den Thylakoiden. Zu denen gehören z.B. die Chlorophylle und die Caratinoide. 

Die Verschiedenen Chlorophyllarten (a und b) absorbieren die Lichtenergie unterschiedlich stark. Das Maxima liegen im Blauen und Roten Bereich.

Das gelbe Licht wird teilweise reflektiert und  das grüne Licht wird reflektiert und somit sieht das Blatt grün aus. 

Versuch:

Vorbereitung :

-Efeublätter mit einem Locher lochen.

-Kohlenstoffdioxid in Wasser lösen

- Efeuplättchen mit dem Wasser in 3 Einwegspritzen geben. 

Durchführung: 

- Einmalspritzen aufstellen 

- eine mit blauem, eine mit grünem und eine mit rotem Licht anstrahlen.

Frage: 

Funktioniert die Fotosynthese? Wenn ja wo und warum? 

Antwort:

Ja es funktioniert Fotosynthese aber nur bei den Spritzen mit dem roten und blauen Licht. Da Energie aus dem blauen und roten Licht gewonnen wird. Bei denen kann man beobachten das die Plättchen aufsteigen, da in den Plättchen Sauerstoff gebildet was was es nach oben treiben lässt.

Energiestoffwechsel & ATP

Energiestoffwechsel bei Mensch, Tier und Pflanze

Definitionen:

Assimilation:

-Speicherung von Energie in Form organischer Verbindungen

- Erzeugung von organischen, energiereichen Substanzen aus anorganischen, energiearmen Stoffen

Dissimilation:

- Prozesse, bei denen Energie für Stoffwechselprozesse, Transportvorgänge und Enzymsynthesen bereitgestellt werden

autotroph:

- selbst ernährend

heterotroph:

- anders ernährend (müssen Nährstoffe aufnehmen)

Energiestoffwechsel bei Pflanzen

- können sich vollständig selbst versorgen

- benötigte Energie wird aus Sonnenlicht bezogen -> Fotosynthese

- benötigt wird nur CO2 und H2O
- gebildete werden Kohlenhydrate (z.B. Glucose)

- Kohlenhydrate können wieder zu CO2 und H2O abgebaut werden

    -> Energie gewonnen

          -> dieser Prozess = Zellatmung (Sauerstoff wird benötigt)

Energiestoffwechsel bei Mensch und Tier

- müssen Fette, Kohlenhydrate und Proteine aufnehmen um Energie zu gewinnen

- aufgenommene Nährstoffe durch Zellatmung in CO2 und H2O abgebaut

     -> Energie in Form von ATP wird freigegeben

 - kein Sauerstoff zur Verfügung -> kurzzeitig anaerobe Prozesse (z.B. Lactat-Gärung)

     -> deutlich geringerer Energiegewinn

Energiestoffwechsel bei Bakterien und Pilzen

- Bakterien, die Sonnenlicht zur Energiegewinnung nutzen

- andere nutzen energeriearme Verbindungen -> Chemosynthese (chemoautotrophe Bakterien)

- zur Aufnahme stehen organische Substanzen (z.B. Ammonium- und Nitrat.Ionen) zur Verfügung

- weitere Bakterien nutzen energiereiche, organische Substanzen (=heterotrophe Bakterien)

Pilze, die keine Fotosynthese betreiben, ernähren sich stets heterotroph.

Übersicht Stoffwechsel

 

Übersicht Fotosynthese - Zellamtung - Gärung

ATP



Chemischer Aufbau des ATP

- APT = Adenosie-tri-phosphat

- besteht aus Ribosezucker, Adeninbase und drei Phosphatgruppen

   -> bei Abspaltung vom einer Phosphatgruppe ca. 30kJ/mol Energie freigegeben

- AMP =Adenosin-mono-phosphat (eine Phosphatgruppe) kann zwei Phosphatgruppen aufnehmen

- ADP = Adenosin-di-phosphat (zwei Phosphatgruppen) kann eine Phosphatgruppe aufnehmen

   -> dadurch zu ATP umgewandelt werden

Bedeutung des ATP für den Organismus

- wichtigster Energielieferant

- am häufigsten gebildete Substanz aller Lebewesen

- ein Mensch mit ca. 70kg Gewicht bildet jeden Tag ca. 100kg ATP und verbraucht es wieder

- Abbau von Fetten, Kohlenhydraten, Proteinen und Energie des Sonnenlichts zur Produktion von Glucose und Kohlenhydraten -> wird ATP freigegeben

- Energie wird eingesetzt um:

                                               - chemische Reaktion ablaufen zu lassen

                                               - mechanische Bewegungen zu ermöglichen (Muskelkontraktionen)

                                               - Substanzen aktiv durch Membranen zu transportieren

- ATP als Cosubstrat von Kinasen (= phosphatübertragende Enzyme) gebraucht

PS. Sorry das ich das erst heute reinstelle hab es gestern nicht mehr geschafft.