Biologie-KA am 22.12.99
Zell- und Pflanzenaufbau
Unterschiede zwischen pflanzlicher und tierischer Zelle:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Aufgaben der einzelnen Bauelemente:
Zellwand: Stabilität
Vakuole: Stabilität und Wasserspeicherung
Zellgrenzmembran: Abgrenzung zur Außenwelt mit selektiver Durchlässigkeit
Mitochondrien: Zellatmung · Energiegewinnung
Chloroplasten: Aufbau energiereicher Stoffe
Zellkern: Steuerzentrale der Zelle, jede Zelle ist prinzipiell omnipotent; je nach Differenzierungszustand wird nur der für die Aufgabe notwendige Informationsanteil abgerufen.
Zellplasma: Füllmaterial, Pufferaufgabe, Zellatmung
Je nach Zelldifferenzierung erhalten bestimmte Zellbausteine verschieden starke Bedeutung
Kompartimentierung:
Zellkern, Mitos und Chloros (Zellorganellen) sind durch Zellmembranen vom Plasma getrennt, damit Stoffwechselvorgänge nicht gestört werden.
Stärke:
Photosynthese · Stärke · Pflanze gewinnt für Stoffwechsel notwendige Stoffe; die dazu notwendige Energie stammt aus der Zellatmung.
Semipermiable Membran · Voraussetzung für Osmose:
Trennschicht zw. 2 Medien, die in Abhängigkeit der Porengröße bestimmte Stoffe durchläßt.
Aufbau eines Laubblattes (von oben nach Unten):
Epidermis (ohne Chloros) mit Kutikula (Wachsschicht)
Pallisadengewebe (80% der Chloros des Blattes)
Schwammgewebe mit Interzellularen
Untere Epidermis mit Spaltöffnungen
Spaltöffnungen:
Regulierung des Gasaustauschs durch unterschiedliche Öffnungszustände, je nach Wasserversorgung und Grad der Sonneneinstrahlung abhängig · Kompromiss zw. Wasserverlust _ Gasaustausch
Bau: 2 Epidermiszellen mit nach innen verstärkten Zellwänden und Chloros
Anpassungen des Blattes an extreme Standorte:
Sonnenblatt: dicker, mehr Chloros, wenig Spaltöffungen
Schattenblatt: dünner, weniger Chloros, mehr Spaltföffnungen
Trockene Standorte: je trockener, desto kleiner die Blattfläche und weniger Spaltöffnungen (Extremfall: Kakteenstacheln)
Photosyntheseleistung ist abhängig von:
1.) Lichtintensität:
Schneller Leistungsanstieg · Annäherung an Grenzwert da max. Auslastung der Chloros
2.) Kohlenstoffdioxidgehalt der Umgebung:
Ähnliche Kurve wie bei ,,1.)"; Bei Normalbedingungen ist Leistung unter 50%
3.) Temperatur der Umgebung:
Ansteigender Anteil: RGT-Regel (pro 100 steigt Stoffwechselleistung um 2-4fache) Absteigender Anteil: Irreversible Zerstörung d. Enzyme (Eiweiß)
Chloroplastenaufbau: Doppelmembran durch Endo-symbiontentheorie (Beweis: untersch. Aufbau der beiden Membranen & Bakterienerbmaterial in Chloros);äußere Membran = Eucytenmembran, innere Membran = Bakterienmembran; Thylakoide mit Chloros (dritte, in Matrixraum eingebettete Membran mit Abschnürungen und Auffaltungen
Photosynthese:
Lichtabhängige Reaktion:
Bestrahlung des Chlorophyls · instabiler energie-reicher Zustand · Rückfall mit Energiefreisetzung · Energie wird in Form von ATP gebunden · Spaltung von Wasser in H2 und ½O2 ·H2 wird an Wasserstoffträger NADP gebunden · NADPH2 · Endprodukte: ATP und NADPH 2
Lichtunabhängige Reaktion:
Mit Hilfe von ATP und NADPH² erfolgt Aufbau energiereicher Kohlenwasserstoffe; Kohlenstoff aus CO2 der Atmosphäre · Reduktion:
CO2 wird an Akzeptormoleküle gebunden · Aufbau von Glukose durch mehrschrittigen, energiereichen Prozess · ATP und NADPH2 wird benötigt · Akzeptormoleküle werden wieder freigesetzt · außerdem entsteht Wasser
- Calvin Zyklus
- Gesamtreaktionsgleichung beider Reaktionen:
6CO2 +12H2O _ C6 H12 O6 + 6O2 + 6H2 O
C6-Körper wird weiterverarbeitet oder in Stärke(Speicherkohlen-hydrat) /Sacharrose (Transportkohlenhydrat) umgewandelt
Bedeutung der Photosynthese:
Mensch nutzt Pflanzenmasse aus d. Nettoproduktion d. Fotosyn.:
Ernährung, Holz (fos. Brennstoffe), Baumaterial, Genußmittel, Lebensraum für Tiere, Bannwälder
Waldsterben:
Ursache: Schadstoffe in Luft, Wasser und Boden
Verschiedene Schadstoffe
Schwermetalle (Blei, Quecksilber) · Ausstoss über Abgase und Nebenprodukte der Ind. · Aufnahme mit Nahrung und Wasser · Akkumulation beim Menschen wegen Nahrungskette · Enzymhemmung · Beinträchtigung des Stoffwechsels
Schwefel · Abgabe bei Verbrennung fossiler Brennstoffe · i. d. Luft: Schwefeloxid; Bei Kontakt mit Wasser: Saurer Regen ·ätzende Wirkung auf Blatt &Wurzel; Atemwegsbelastung bei Tieren
Zellatmung:
Lebewesen benötigen Energie für aufbauenden Stoffwechsel und Energiegewinnung des Betriebsstoffwechsel.
Erster Schritt (im Zellplasma): Glykolyse:
Spaltung von Glukose (C6-Körper) unter Abspaltung von jeweils 2 Wasserstoffatomen, die auf NAD übertragen werden · 2NADH2, 2ATP und 2 C3-Körper (Brenztraubensäure)
Zweiter Schritt (in Mitos): Bildung der aktivierten Essigsäure:
Abspaltung des Säurerestes und Bindung des Coenzyms A · aktivierte Essigsäure; Produkte: 2NADH2 und 2CO2
Dritter Schritt: Tricarbon-/Zitronensäurezyklus:
Bindung des 2C-Restes an ein Trägermolekül unter Abspaltung des Coenzyms A · 8 NADH2,
2 ATP, 4 CO2
Vierter Schritt: Endoxidation/Atmungskette:
Mit Hilfe des Luftsauerstoffs erfolgt in den Mitos eine ,,Knall-gasreaktion" in vielen kleinen Teilschritten. Der Wasserstoff stammt aus dem vorher gebildeten NADH2 · frei werdende Energie wird chem. Gebunden · 34 ATP pro C6-Körper
Gesamtbilanz: Glykolyse (2 ATP) + TCZ (2 ATP) +Endoxidation (34 ATP) = 38 ATP C6H12O6 + 6H2O + 6O2 _ 6CO2 +12H2O
Milchsäuregährung:
Wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht · Zellatmung blockiert nach Glykolyse, da aufgrund der nicht mehr ablaufenden Atmungskette der NAD-Pool nach einer Zeit ausgeschöpft ist. Der Stoffwechselausweg ist die Milchsäurebildung: NADH2 wird zu NAD · das freigewordene H2 wird der Brenztraubensäure angehängt · Milchsäure entsteht · sie reichert sich in der Zelle und im Blut an · ab einer best. Konz. werden die Stoffwechselenzyme in ihrer Tätigkeit beeinträchtigt · keine Kontraktion der Muskeln mehr
Alkoholische Gärung durch Hefepilze:
C6 H12 O6 _ 2CH5 OH + 2CO2
Während der Gärung muss bestimmte Temp vorliegen (RGT)
Bei Anwesenheit von O2 können die Pilze auf norm Zellatmung umstellen Anwendungen:
Bierhefe: Umwandlung des Malzzuckers
Weinhefe: Umwandlung des Fruchtzuckers, Weiterverarbeitung zu Champagner
Bäckerhefe: Auflockerung des Teiges wegen des CO2, Alkohol verdampft in der Backhitze Milchsäurebakterien führen zur Säuerung vieler Lebensmittel · höhere Haltbarkeit, da die Entwicklung von Fäulnisbakterien gehemmt wird (Bsp. Milchverarbeitungsprodukte) Je nach Bakterienart verändert sich die Geschmacksrichtung (Bsp. Sauerkraut, Silo-Futter)
Wasserhaushalt der Pflanze
Zellen der Pflanze wirken als osmothischen System zusammen Aufnahme über die Wurzeln, Verteilung über Wasserleitungs-bahnen (Holzteil, Leitbündel der Blätter), Wasserabgabe haupt-sächlich über Blattfläche.
Wasseraufnahme: In den versch. Zellschichten der Wurzeln er-folgt ausgehend von der Wurzelhaarzelle die Wasseraufnahme über nach innen steigende osmothische Druckverhältnisse.
Transportmechanismen:
1.) Transpirationssog: Voraussetzung ist ein ununterbrochener Wasserfaden zw. Blatt und Wurzel · Wasser wird nachgesaugt.
2.) Wurzeldruck: Wasser wird durch Osmose in die Leitungs-bahnen gedrückt. Ein hoher Wurzeldruck entsteht dann, wenn durch aktive Transportvorgängen osmothisch wirk-same Substanzen in die Leitgefäße transportiert werden · hoher osmothischer Druck; Wurzeldruck nur nachweisbar, wenn Zellatmung i. d. Wurzelzellen nachweisbar ist, da aktive Transportvorgänge Energie verbrauchen.
Diffusion: Konzentrationsausgleich aufgrund der Brownschen Molekularbewegung· passiver Vorgang ohne Energieverbrauch
Osmose: Diffusion durch eine semipermeable Membran; sie läuft solange ab bis eine vorhandene Gegenkraft so groß ist wie der osmoth. Druck
Plasmolyse: Wasserausstrom mit Membranablösung von der Zellwand
Deplasmolyse: Wiederherstellung
Casparischer Streifen: Wasserundurchlässige Schicht, die unkontrollierte Wasseraufnahme über Zellzwischen-räumen bzw. durch die Zellwände verhindert.
Pflanzengestalten:
Hydrophyten (Wasserpflanzen):
Spaltöffnungen: wenige oder gar fehlend; nur an Blatt-oberflächen;
Wurzelsystem: schwach oder fehlend
Hygrophyten (Feuchtpflanzen):
Spaltöffnungen: viele; oft von den Blättern hervorgehoben
Wurzelsystem: schwach ausgebildet; niedrige osmoth. Werte
Mesophyten (Mischung):
Spaltöffnungen: mäßig viele; an der Blattunterseite
Wurzelsystem: stark ausgebildet; oft auch als Speicherorgan (z.B. Wurzelstock)
Xerophyten (Trockenpflanzen)
Spaltöffnungen: sehr viele; schnell schließend; oft versenkt
Wurzelsystem: sehr gut ausgebildet; hohe osmoth. Werte
Feigenkaktus (Ausnahme der Xerophyten)
Spaltöffnungen: sehr wenige; oft in in Stacheln umgewandelte Blätter versenkt Wurzelsystem: weit ausladend; flachgründig; zuweilen wasser-speichernd (Wurzelsukkulenz); hohe osmoth. Werte
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