Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf

Fotosynthese – Zellatmung – Stoffkreislauf Übung

• Beschreibe, auf welche Art sich Pflanzen und Tiere ernähren.

  Tipps

  Autotroph stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie „sich selbst ernähren“.

  Vier der Aussagen sind richtig.

  Lösung

  Pflanzen produzieren mithilfe von anorganischen Stoffen und der Energie aus dem Sonnenlicht energiereiche, organische Stoffe und Sauerstoff. Dieser Prozess wird Fotosynthese genannt.
  Pflanzen sind also Produzenten: Sie produzieren ihre eigenen energiereichen, organischen Stoffe und sind somit energetisch unabhängig von anderen Organismen.
  Diese Lebensweise trägt die Bezeichnung photoautotroph.

  Konsumenten – dazu zählen auch Tiere und Menschen – benötigen für den Stoffwechsel die Energie und den Kohlenstoff aus den Pflanzen.
  Über die Nahrung nehmen Konsumenten organische, energiereiche Stoffe auf und im Prozess der Zellatmung wird diese Energie freigesetzt.
  Tiere und Menschen sind also von den energiereichen, organischen Stoffen der Pflanzen abhängig.
  Diese Lebensweise wird als chemoheterotroph bezeichnet.

• Beschreibe den Prozess der Fotosynthese.

  Tipps

  Das Wort Chlorophyll stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet „hellgrün“.

  Wenn es regnet, sickert Wasser in den Boden. Wie kommt es von dort in die Pflanze?

  „Traubenzucker“ ist ein anderes Wort für Glucose.

  Lösung

  Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten der Pflanzenzellen statt. Diese enthalten grüne Blattfarbstoffe: die Chlorophylle.

  Wasser ($\ce{H2O}$) gelangt über die Wurzeln in die Pflanze. Über die Spaltöffnungen der Blätter nehmen die Pflanzen Kohlenstoffdioxid ($\ce{CO2}$) auf. Das energiereiche Sonnenlicht wird über das Chlorophyll absorbiert.

  In einem mehrstufigen chemischen Prozess werden diese Stoffe zu Traubenzucker ($\ce{C6H12O6}$), fachsprachlich auch Glucose genannt, umgebaut.

  Die Glucose enthält jetzt die Energie, die von den Pflanzen in Form des Sonnenlichts aufgenommen worden ist. Einen Teil der Glucose benötigt die Pflanze für den eigenen Stoffwechsel. Die restliche Glucose wird als Stärke eingespeichert. Als Nebenprodukt der Fotosynthese entsteht Sauerstoff, welcher die chemische Formel $\ce{O2}$ hat.
  Wie die Glucose wird der Sauerstoff für die Zellatmung benötigt, um Energie zu gewinnen.

• Vergleiche Chloroplasten mit Mitochondrien.

  Tipps

  Der Wortteil Chloro stammt aus dem Griechischen (chlōrós) und bedeutet „hellgrün“.

  Lösung

  Die Mitochondrien erkennst du an der inneren stark gefalteten Membran.
  Mitochondrien sind für die Zellatmung zuständig. Hierbei wird aus Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff (${O_2}$) Wasser (${H_2O}$) und Kohlenstoffdioxid (${CO_2}$) erzeugt.
  Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle.

  Die Chloroplasten erkennst du an den Thylakoiden, die ähnlich wie ein Stapel Pfannkuchen aussehen.
  Sie kommen nur in pflanzlichen Zellen vor und enthalten Chlorophyll. Dies ist ein fotoaktives Farbpigment, welches gewisse Spektren des Sonnenlichts absorbieren kann und dadurch Energie aufnimmt.
  In Chloroplasten findet die Fotosynthese statt. Diese stellt sozusagen die Umkehrung der Zellatmung dar. Es wird also aus Wasser (${H_2O}$) und Kohlenstoffdioxid (${CO_2}$) mithilfe des Sonnenlichts Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff (${O_2}$) erzeugt.

• Stelle den Zusammenhang zwischen der Fotosynthese und der Zellatmung dar.

  Tipps

  Auf den roten und grünen Pfeil gehören die Summenformeln.

  Über die Zellorganellen gehören die Bezeichnungen für die dort stattfindenden Prozesse.

  An die schwarzen Pfeile gehören die Namen der Zellorganellen.

  Lösung

  Die Zellorganellen der Pflanzen, in denen die Fotosynthese abläuft, heißen Chloroplasten. Im Inneren der Chloroplasten befinden sich stapelartige Membrangebilde. Kohlenstoffdioxid und Wasser ($\ce{CO2 + H2O}$) werden in den Chloroplasten mithilfe der Lichtenergie der Sonne aufgespalten und über einige Zwischenschritte zu Glucose, also Traubenzucker, sowie Sauerstoff neu zusammengesetzt ($\ce{C6H12O6 + O2}$).

  Energie wird allerdings nicht nur zum Aufbau organischer Verbindungen benötigt, sondern auch um im Energiestoffwechsel alle möglichen Arten von Arbeit voranzutreiben, etwa die Aufnahme von Mineralien oder den Transport von Stärke aus den Blättern in andere Pflanzenteile.

  Dafür ist Energie in Form von ATP notwendig. Sie entsteht bei der sogenannten Zellatmung. Dafür sind in der Zelle die Mitochondrien zuständig. Die Zellatmung ist im Grunde genommen der Umkehrprozess der Fotosynthese:

  Kohlenhydrate werden in den Mitochondrien zum Energieträger Glucose umgebaut, der in mehreren Schritten mit Sauerstoff reagiert. Dabei wird Energie in Form von ATP freigesetzt und als Abfallstoffe bleiben Kohlenstoffdioxid und Wasser übrig.

  Insgesamt erzeugen Pflanzen jedoch mehr Sauerstoff, als sie selbst verbrauchen.

• Kennzeichne die richtigen Aussagen zur Zellatmung bzw. zur Fotosynthese.

  Tipps

  Pflanzen betreiben Fotosynthese. Sie benötigen dafür Licht.

  Zellatmung findet in Pflanzen- und Tierzellen statt. Mitochondrien befinden sich in jeder Zelle.

  Lösung

  Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten der Pflanzenzelle statt.
  In den Mitochondrien findet der Prozess der Zellatmung statt.

  Bei der Zellatmung sind Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff die Ausgangsstoffe. Es entstehen Kohlenstoffdioxid und Wasser. Außerdem entsteht Energie in Form von ATP.

  Bei der Fotosynthese sind Kohlenstoffdioxid und Wasser die Ausgangsstoffe. Mithilfe von Licht entstehen Glucose (Traubenzucker) und Sauerstoff.

• Stelle die Reaktionsgleichungen zu Fotosynthese und Zellatmung richtig dar.

  Tipps

  Lies dir den Text, den du oben findest, genau durch. Darin findest du bereits Tipps, die dir helfen könnten, die Reaktionsgleichungen aufzustellen.

  Lösung

  Für die Fotosynthese und die Zellatmung lauten die Reaktionsgleichungen wie folgt:

  • Fotosynthese: $\ce{6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2}$

  • Zellatmung: $\ce{C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O}$