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Photosynthese

Dies ist eine Mindmap zur Photosynthese. Photosynthese ist der Prozess, bei dem grüne Pflanzen (einschließlich Algen) Lichtenergie absorbieren, Kohlendioxid und Wasser in energiereiche organische Substanz umwandeln und gleichzeitig Sauerstoff freisetzen.

Bearbeitet um 2024-04-18 01:05:00

Deu-Martina

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Photosynthese

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Photosynthese

Das Konzept und die Bedeutung der Photosynthese

Konzept

Der Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenenergie nutzen, um Kohlendioxid und Zucker zu synthetisieren und dabei Sauerstoff freizusetzen

Bedeutung

1 Anorganische Materie in organische Materie umwandeln

2 Sonnenenergie in speicherbare chemische Energie umwandeln

3 Halten Sie das relative Gleichgewicht von O2 und CO2 in der Atmosphäre aufrecht

Chloroplasten und photosynthetische Pigmente

Chloroplasten

Isolierung von Chloroplasten

1 Direkte Trennung von der Klinge (mechanische Methode)

2 Isolierung aus Protoplasten (enzymatische Hydrolyse

Entwicklung, Morphologie und Verbreitung von Chloroplasten

Entwicklung

Die Chloroplasten höherer Pflanzen entwickeln sich aus Proplastiden. Wenn das Stammapikalmeristem das Blattprimordium bildet, wird die innere Membran in der doppelschichtigen Membran des Proplasts an mehreren Stellen gefaltet und erstreckt sich in die Matrix, dehnt sich aus und ordnet sich unter Licht allmählich zu Blättern an und löst sich von der inneren Membran Sie bilden Thylakoide und synthetisieren gleichzeitig Chlorophyll, wodurch sich die Proplastiden zu Chloroplasten entwickeln können

bilden

Die Chloroplasten höherer Pflanzen sind meist flach und oval. Die Größe und Anzahl der Chloroplasten in jeder Zelle variiert je nach Pflanzenart, Gewebetyp und Entwicklungsstadium. In einer Mesophyllzelle befinden sich etwa 20 bis Hunderte von Chloroplasten, die 3 bis 6 μm lang und 2 bis 3 μm dick sind.

verteilt

Chloroplasten in Mesophyllzellen sind meist neben der Plasmamembran in Kontakt mit der Luft verteilt. Chloroplasten sind normalerweise nicht neben nichtgrünen Zellen (wie Epidermiszellen und Gefäßbündelzellen) zu sehen. Eine solche Verteilung begünstigt die Interaktion zwischen Chloroplasten und der Außenwelt.

Sport

Bewegung mit protoplasmatischer Zirkulation

Bewegt sich mit der Richtung und Intensität des Lichts. Bei schwachem Licht ist die flache Seite des Chloroplasten dem Licht zugewandt; bei starkem Licht ist die flache Seite des Chloroplasten parallel zur Lichtrichtung.

Die Struktur von Chloroplasten

Membran

Es besteht aus zwei Schichten von Einzelfilmen mit einem Abstand von 5 bis 10 nm zwischen den beiden Filmen. Auf der Membran befindet sich kein Chlorophyll. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Ein- und Austritt von Substanzen zu kontrollieren und die Mikroumgebung für die Photosynthese aufrechtzuerhalten.

Matrix

Die Matrix kann eine Vielzahl komplexer biochemischer Reaktionen durchführen, darunter alle Enzymsysteme, die CO2 reduzieren (Rubisco 1,5-Ribulosebisphosphat-Carboxylase/Oxygenase) und Stärke synthetisieren – die Kohlenstoffassimilationsstelle enthält Aminosäuren, Proteine und DNA, RNA, Enzyme, die Nitrit und Sulfat reduzieren, sowie die an diesen Reaktionen beteiligten Substrate und Produkte – Lipide der N-Stoffwechselstelle (Glykolipide, Phospholipide, Sulfatide), Tetrapyrrole (Chlorophylle, Cytochrome) und Terpene. Substanzen wie Carotinoide und Blattalkohole sowie deren Synthese- und Abbauenzyme - Stoffwechselstellen für Lipide, Pigmente usw.

Die Matrix ist das Speicherreservoir für Stärke, Lipide etc.

Thylakoid

Stroma-Thylakoide, auch Stroma-Lamellen genannt, erstrecken sich im Stroma und überlappen einander nicht.

Grana-Thylakoide oder Grana-Lamellen können selbst sein oder sich mit Stroma-Thylakoiden überlappen, um Grana zu bilden.

Proteinkomplex auf der Thylakoidmembran. Proteinkomplex, bestehend aus mehreren Untereinheiten und mehreren Komponenten. Es gibt vier Hauptkategorien: Photosystem I (PSI), Photosystem II (PSII), Cytb6/f-Komplex und ATPase-Komplex (ATPase).

photosynthetische Pigmente

Pigmente, die bei photosynthetischen Reaktionen Lichtenergie absorbieren, werden photosynthetische Pigmente genannt

Chlorophyll

Chlorophyll ist ein Ester der Dicarbonsäure. Eine Carboxylgruppe ist mit Methanol und die andere Carboxylgruppe mit Phytol verestert. Der Unterschied zwischen Chlorophyll a und b besteht darin, dass Chlorophyll a zwei Wasserstoffe mehr und weniger einen Sauerstoff als b hat. Der einzige strukturelle Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass eine Methylgruppe am II-Pyrrolring von Chlorophyll a von einer Aldehydgruppe übernommen wird.

Carotinoide

Carotin ist orange-gelb und besteht aus drei Isomeren: a, B und y. Von diesen kommt B-Carotin in Pflanzen am häufigsten vor. B-Carotin wird im tierischen Körper zu Vitamin A hydrolysiert. Lutein hat eine gelbe Farbe und ist ein aus Carotin gewonnener Alkohol, auch Carotin genannt. Normalerweise beträgt das Verhältnis von Lutein zu Carotin in Blättern etwa 2:1.

Im Allgemeinen beträgt das Verhältnis von Chlorophyll zu Carotinoiden in Blättern etwa 3:1, sodass normale Blätter immer grün erscheinen. Im Herbst oder in widrigen Umgebungen lässt sich das Chlorophyll in den Blättern leichter abbauen und die Menge nimmt ab, während Carotinoide relativ stabil sind, sodass die Blätter gelb erscheinen.

Carotinoide sind im Chlorophyll immer vorhanden

Der Prozess der Photosynthese und Energieumwandlung

Unterthema

Aus Sicht der Kosten des Energiestoffwechsels ist die Absorption von Lichtenergie der Prozess, durch den Pflanzen Lichtenergie in chemische Energie umwandeln. und übertragen

Das Wesen der Photosynthese besteht darin, Lichtenergie in chemische Energie umzuwandeln.

Schritt

primäre Reaktion

Konzept

Es ist die erste Reaktion der Photosynthese, die den spezifischen Prozess der Absorption, Übertragung und Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie umfasst.

Absorption und Übertragung von Lichtenergie

Die Bildung angeregter Zustände führt normalerweise dazu, dass sich Pigmentmoleküle im niedrigsten Energiezustand befinden

Das Schicksal angeregter Zustände

Emittieren Fluoreszenz und Phosphoreszenz

Übertragen und in elektrische Energie umwandeln

1. Das zentrale Pigment: eine kleine Anzahl von Chlorophyll-a-Molekülen, die Licht absorbieren und nach der Lichtabsorption angeregt werden können, ein hochenergetisches Elektron freizusetzen und eine photochemische Reaktion einzugehen.

2. Lichtkonzentrierende Pigmente: Die meisten Pigmentmoleküle absorbieren nur Lichtenergie und lösen keine photochemischen Reaktionen aus. Sie übertragen die absorbierte Lichtenergie nur an das zentrale Pigment, auch Antennenpigmente genannt.

Zwei Lichtsysteme

Phänomen des roten Tropfens

Bei Bestrahlung mit Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 680 nm (685 nm) nimmt die photosynthetische Quantenausbeute von Chlorella deutlich ab, was als „Red Drop“-Phänomen bezeichnet wird;

Dualer optischer Verstärkungseffekt

Wenn kurzwelliges orangerotes Licht (650-670 nm) und langwelliges rotes Licht gleichzeitig eingestrahlt werden, ist die photosynthetische Quantenausbeute höher als die Summe der beiden monochromatischen Lichter. Dieser Effekt wird als Duallicht bezeichnet Gain-Effekt oder Emerson-Effekt.

Zusammensetzung und Funktion photosynthetischer Elektronentransmitter

PSII-Komplex Die physiologische Funktion von PSII besteht darin, Lichtenergie zu absorbieren, photochemische Reaktionen durchzuführen, starke Oxidationsmittel zu produzieren, Wasser zu spalten, um Sauerstoff freizusetzen, und Elektronen im Wasser auf Plastoquinon zu übertragen. Zusammensetzung des PSII-Komplexes und Elektronentransfer im Reaktionszentrum PSII ist ein Proteinkomplex mit mehreren Untereinheiten. Es besteht aus Photopigmentkomplex II, zentraler Antenne, Reaktionszentrum, Sauerstoff entwickelndem Komplex, Cytochromen und verschiedenen Cofaktoren.

Elektronentransfer und Photophosphorylierung

Lichtsystem

PSI: Das zentrale Pigment ist P700. Nachdem P700 angeregt wurde, gibt es Elektronen an Fd ab

PSII: Das zentrale Pigment ist P680. Nachdem P680 angeregt wurde, gibt es Elektronen an Phäo (Phäophytin) ab und wird hydratisiert, um Sauerstoff freizusetzen.

Elektronentransfer und Protonentransfer

Photolyse von Wasser H2O ist die O2-Quelle bei der Photosynthese und der endgültige Spender photosynthetischer Elektronen. Mangan, Chlor und Kalzium sind bei der Sauerstoffentwicklungsreaktion essentiell

Photophosphorylierung

Konzept

Der Prozess, bei dem Chloroplasten anorganisches Phosphat und ADP unter Licht in ATP umwandeln, um hochenergetische Phosphatbindungen zu bilden

Weg

1 Nichtzyklische Photophosphorylierung: Die durch PSII erzeugten Elektronen durchlaufen eine Reihe von Übertragungen, die zur Bildung von ATP auf dem Cytochromkomplex führen. Anschließend werden die Elektronen auf PSI übertragen, wodurch die Energieposition erhöht und schließlich zur Reduzierung von NADP verwendet wird. Auf diese Weise kehren Elektronen nach dem Durchgang durch das PS II nicht zurück.

2 Zyklische Photophosphorylierung: Die aus PSI erzeugten Elektronen bewirken nach dem Durchgang durch Fd und Cytochrom b563 usw. die Bildung von ATP, senken die Energieposition und kehren dann über PC zum ursprünglichen Ausgangspunkt P700 zurück, wodurch ein geschlossener Kreislauf entsteht.

Kohlenstoffassimilation

Konzept

Der Prozess, bei dem Pflanzen das in Lichtreaktionen gebildete NADPH und ATP nutzen, um CO2 in stabile Kohlenhydrate umzuwandeln, wird CO2-Assimilation oder Kohlenstoffassimilation genannt.

Weg

Ein Calvin-Zyklus (auch C3-Weg genannt): Er ist der grundlegendste und häufigste Weg und nur dieser Weg kann Kohlenhydrate erzeugen.

1. Fest

2. die Ermäßigung

3. erneuern

B C4-Weg

C Crassulacean-Säurestoffwechselweg (CAM)

Pflanzen wie Crassulaceae verfügen über eine ganz besondere CO2-Assimilationsmethode: Sie binden nachts CO2, um organische Säuren zu produzieren, und decarboxylieren organische Säuren, um tagsüber CO2 für die Photosynthese freizusetzen. Dieser photosynthetische Kohlenstoffstoffwechselweg, der mit den täglichen Veränderungen der organischen Säuresynthese zusammenhängt, wird als bezeichnet CAM-Weg

Der C4- und der CAM-Weg sind beides Hilfsformen des C3-Weges. Sie können nur zur Fixierung, Bewegung und Konzentration von CO2 dienen. Sie können allein keine Kohlenhydrate wie Stärke bilden.

Nutzung von Lichtenergie durch Pflanzen

Es bezieht sich auf das Verhältnis der Energie, die in der durch die Photosynthese der Pflanzen angesammelten organischen Substanz enthalten ist, zur Energie des Sonnenlichts, das auf den Boden der Einheit scheint.

Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz der Lichtenergienutzung

1 Photosynthetische Fläche vergrößern

1 Angemessene dichte Bepflanzung

2 Ändern Sie den Anlagentyp

2 Verlängern Sie die Photosynthesezeit

1 Erhöhen Sie den Mehrfachbeschneidungsindex

2 Zusätzliche künstliche Beleuchtung

3. Erhöhen Sie die Photosyntheserate

1CO-Konzentration erhöhen

2 Reduzieren Sie die Photorespiration

Faktoren, die die Photosynthese beeinflussen

externe Faktoren

1 Licht

2CO2

3 Temperatur

4 Mineralstoff-Ernährung

5 Feuchtigkeit

6 Tägliche Veränderungen der Photosyntheserate

Interne Faktoren

1 verschiedene Teile

2 verschiedene Fortpflanzungsperioden

Photoatmung

Konzept

1 Das Konzept der Photorespiration Unter Photorespiration versteht man den Prozess, bei dem grüne Zellen von Pflanzen unter Lichtbedingungen O2 absorbieren und CO2 freisetzen.

2 Biochemie der Photorespiration (1) Das Wesen der Atmung ist die Biosynthese und Oxidation von Glykolsäure (2) Im Glykolsäureweg erfolgt die Sauerstoffabsorption in Chloroplasten und Peroxisomen und die CO2-Freisetzung in Mitochondrien. Das heißt, der Glykolsäureweg wird durch die koordinierten Aktivitäten von drei Organellen vervollständigt: Chloroplasten, Peroxisomen und Mitochondrien. (3) Der Glykolsäureweg ist zyklisch und wird daher auch C2-Zyklus genannt.

biochemische Wege

Bedeutung

1. Kohlenstoffrückgewinnung: 3/4 des Kohlenstoffs in Glykolsäure können durch den C2-Kohlenstoffoxidationsring zurückgewonnen werden (2 Ethanole wandeln 1 PGA um und setzen 1 CO2 frei).

2. Den Betrieb des photosynthetischen Kohlenstoffreduktionszyklus C3 aufrechterhalten. Wenn die Blattspalten geschlossen sind oder die äußere CO2-Konzentration niedrig ist, kann das durch Photorespiration freigesetzte CO2 über den C3-Weg wiederverwendet werden, um den Betrieb des photosynthetischen Kohlenstoffreduktionszyklus aufrechtzuerhalten.

3. Verhindern Sie, dass starkes Licht den Photosynthesemechanismus schädigt. Bei starkem Licht übersteigt die bei der Lichtreaktion entstehende Assimilationskraft den Bedarf an CO2-Assimilation, wodurch sich die Verhältnisse von NADPH/NADP und ATP/ADP im Chloroplasten erhöhen. Gleichzeitig werden durch Licht angeregte hochenergetische Elektronen auf 0,2 übertragen, und das gebildete Superoxid-Anion-Radikal 0,2 hat eine schädliche Wirkung auf den Photosynthesefilm und das Photosynthesegerät. Die Photoatmung kann jedoch die Assimilationskraft und die hohe Energie verbrauchen Elektronen, reduzieren die Bildung von 0,2 und schützen so Chloroplasten, vermeiden oder reduzieren die Schädigung des Photosynthesemechanismus durch starkes Licht

4. Eliminierung von Glykolsäure Glykolsäure ist für Zellen giftig, während Photorespiration Glykolsäure eliminieren und Zellen vor Toxizität schützen kann.