Stoffwechsel

Question 1

Teile die Formen des Stoff- und Energiewechsels in eine Übersicht ein.

Answer 1

Stoff- und Energiewechsel:

a) Assimilation
- autotrophe Assimilation
- Photosynthese
- Chemosynthese
- heterotrophe Assimilation
- Verdauung

b) Dissimilation
- Atmung
- Gärung

Question 2

Was ist eine Assimilation?

Answer 2

Assimilation ist der Prozess des Stoff- und Energiewechsels, bei dem aus anorganischen, körperfremden, energiearmen organische, körpereigene und energiereiche Stoffe synthetisiert werden.
Hauptform ist die Photosynthese.

Question 3

Nenne die Reaktionsgleichung der Photosynthese.

Answer 3

12 H2O + 6 CO2 —-> C6H12O6 + 6 H2O + 6 CO2

Question 4

Was ist Photosynthese?

Answer 4

Photosynthese ist die Hauptform der autotrophen Kohlenstoff-Assimilation, bei der in chlorophyllhaltigen Zellen Lichtenergie genutzt wird um Glucose herzustellen.

Question 5

Was ist die “Grüne Lücke”?

Answer 5

Die Grüne Lücke bezeichnet die Lichtfrequenzen, die die Pflanze nicht für die absorbieren kann und damit nicht für die Photosynthese nutzen kann.

Question 6

Wie funktionieren die Pigmentmoleküle (Lichtsammelfallen) in der Thylakoidmembran?

Answer 6

Hintereinander und nebeneinader sind verschiedene Pigmente (Carotine, Chlorophyll a und b) geschalten, die die Anregungsenergie weitergeben.

Question 7

Wo findet die Photosynthese statt?

Answer 7

In chlorophyllhaltigen Organellen einer Zelle: Chloroplast.

Primärreaktion in Thylakoidmembran
Sekundärrraktion in Matrix.

Question 8

Warum ist Rotlicht trotz geringerer Energie effizienter als blaues Licht?

Answer 8

Die Pflanze kann nicht die gesamte Energie nutzen, sondern muss einen Teil des blauen Lichts in Wärme umwandeln.

Question 9

Erkläre des Ablauf der Primärreaktion der Photosynthese.

Answer 9

Hillreaktion: Fotolyse des Wassers
2 H2O -> 2 H+ + 2 OH-
2 OH- -> H2O + 1/2 O2 + 2e-
Fotosystem 2: Elektronen werden durch Lichtenergie angeregt und an einen primären e-Akzeptor übergeben, dann lineare Phosphorylierung, dabei werden die Elektronen schrittweise durch eine Reduktion an verschiedene Enzyme übergeben,
ADP + P -> ATP
Fotosystem 1: die Elektronen werden erneut durch Lichtenergie angehoben und an einen Alzeptor übergeben
Dann entweder
a) cyclische Phosphorylierung (Elektronen werden über verschiedene Enzyme zurück an die Redoxsysteme der linearen Phosphorylierung gegeben und weiter an das Fotosystem 1)
b) über Redoxsysteme wird die Energie entnommen und für folgende Reaktion genutzt:
NADP+ + 2H+ -> NADPH+H+

Ausgangstoffe: ATP, NADPH+H+

Question 10

Erkläre die verschiedenen Phasen der Sekundärreaktion.

Answer 10

Calvin-Zyklus:
1) Carboxylierende Phase
Ribolose-1,5-biphosphat + 6 CO2 —> durch Ribolose-1,5-biphosphatcarboxylase zu instabilen Zustand —> Phosphorglycerinsäure

2) Reduzierende Phase
Phosphorglycerinsäure + 12 ATP + 12 NADPH + 12 H+ —> Glycerinaldehyd-3-phosphat +12 H2O + ADP + 12 P + 12 NADP+
Glycerinaldehyd-3-phosphat wird umgewandet zu Fructose und dann Glucose bzw wird teilweise an die Regenerierende Phase gegeben

3) Regenerierende Phase
in mehreren Zischenschritten wird Ribulose-5-phosphat hergestellt
Ribulose-5-phosphat + 6 ATP —> Ribulose-1,5-biphosphat + 6 ADP

Question 11

Nenne beeinflussende Faktoren der Photosynthese.

Answer 11

Licht: Energiequelle für die Primärreaktion, bestimmt Intensität

Temperatur: beeinflusst Sekundärreaktion

CO2 Konzentration: Ausgangsstoff für die Glucose

H2O: liefert Reduktionsmittel H+ und e-

Question 12

Nenne die Gleichung für den gesamten Lichtprozess.

Answer 12

12 H2O + 12 NADPH+ + 18 ADP + 18 P —> 6 O2 + 12 NADPH + 12 H+ + 12 ATP

Question 13

Nenne die Teilgleichung des Calvin-Zyklus.

Answer 13

6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH+ 12 H+ —> C6H12O6 + 18 ADP + 18 P + 6 H2O + 12 NADP+

Question 14

Worin unterscheidet sich die Brutto- und Nettophotosynthese?

Answer 14

Brottophotosynthese: Bilanz der Photosynthese

Nettophotosynthese: Bilanz der Photosynthese- Bilanz der Atmung

Question 15

Was ist die heterotrophe Assimilation?

Aus welchen Schritten besteht sie?

Answer 15

Heterotrophe Assimilation: Verdauung

Nahrungsaufnahme -> Verdauung -> Resorption -> Synthese körpereigener Produkte -> Ausscheidung

Question 16

Wann wird die Lichtatmung eingeleitet?

Answer 16

= Photorespiration
wenn Ribulose-1,5-biphosphat anstatt mit CO2 mit O2 reagiert:
Dann entsteht Phsphoglycolat -> in Perixisom mit O2 zu CO2 und wieder zu Phosphorglycerinsäure und damit weiter im Calvi-Zyklus

Question 17

Nenne die Bedeutung der Photosynthese.

Answer 17

• grundlegender Prozess
• Voraussetzung für Leben auf der Erde
• erhält Luftzusammensetzung
• Primärerzeuger der Biomasse
• Energiebereitstellung

Question 18

Was ist Chemosynthese?

Answer 18

Chemosynthese ist die Form der Assimilation, bei der die notwenige Energie durch Oxidation meist anorganischer Stoffe gewonnen wird.

Question 19

Beschreibe die Reaktionsschritte der Chemosynthese.

Answer 19

1. energieliefernde Phase:
   bei Oxidation anorganischer Stoffe entsteht Energie, wird in Umwandlung ADP in ATP gespeichert
   bei Oxidation frei werdenden Elektronen und Protonen werden für Reduktion NAD+ zu NADH+H+ genutzt
2. Calvin-Zyklus

Question 20

Nenne Beispiele für Bakterien, die eine Chemosynthese betreiben und welche Stoffe diese für die Energiegewinnung nutzen.

Answer 20

Schwefelbakterin:
2 H2S + 4O2 –> 4 H+ + 2So42-

Farblose Schwefelbakterien

Eisenbakterien

Nitrifizierende Bakterien.

Question 21

Nenne nacheinander die für die Verdauung wichtigen Organe.

Answer 21

Mundhöhle
Speicheldrüsen
Speiseröhre
Magen 
               Leber
               Gallenblase
Zwölffingerdarm
                Bauchspeicheldrüse
Dünndarm
Dickdarm 
Blinddarm mit Wurmfortsatz
Mastdarm
After

Question 22

Beschreibe für jedes Organ der menschlichen Ernährung die Funktion und die Vorgänge.

Answer 22

Mundhöhle:
Verflüssigung der Nahrung, Zerkleinerung

Speiseröhre:
Transport zum Magen durch Peristaltik

Magen: 
Druchmischen der Nahrung, 
Abtöten der Bakterien,
Auflockern der Peptidbindungen
Proteinspaltung in kurzkettige Proteine 

Zwölffingerdarm:
Neutralisation,
Fettemuligierung,
Kohlenhydrat-Spaltung

Bauchspeicheldrüse/Pankreas:
Fett-Spaltung,
Protein-Spaltung

Dickdarm:
Entzug von H2O und Mineralsalzen
Eindicken

Mastdarm: Kotbildung

Question 23

Definiere den Begriff Dissimilation.

Answer 23

Ist der Prozess, bei dem durch mehr oder weniger vollständigen Abbau von körpereigener Stoffe Energie freigesetzt wird.

Question 24

Zwischen welchen Atmungsformen unterscheidet man?

Answer 24

a) äußere Atmung
ist zum einen der Gasaustausch des Organismus mit der Umwelt bzw auch der Gasaustausch zwischen den Zellen und den Blut

b) biologische Oxidation
ist der energiefreisetzende Vorgang

Question 25

Nenne die Gleichung der Atmung.

Answer 25

C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 –> 6 CO2 + 12 H2O

Question 26

Wo finden die Teilschritte der biologischen Oxidation statt?

Answer 26

Glykolyse: im Cytoplasma

Citrat-Zyklus: in Mitochondrien Matrix

Atmungskette: in Elementarpartikel der Membraneinstülpungen

Question 27

Erkläre den groben Vorgang der Atmung.

Answer 27

Verdauung: Kohlenhydrate werden in Glucose gespalten

Glycolyse: in Zwischenschritten wird aus Glucose 2 Pyruvat hergestellt
dabei entstehen: 2 NADH2 und 2 ATP

Zwischendschritt: oxidative Decarboxylierung
aus Pyruvat wird Acetyl-Coenzym A
dabei entsteht: 2 NADH2 außerdem: 2 CO2

Calvinzyklus: über mehrere Zwischenschritte werden 2 ATP, 6 NADH2 und 2 FADH2 hergestellt
dabei werden 6 H2O aufgenommen und CO2 abgegeben

Atmungskette: die Wasserstoffprotonen der 10 NADH2 und 2 FADH2 werden mit atomaren Sauerstoff oxidiert, dabei entstehen 34 ATP und 2 H2O

Question 28

Beschreibe die alkoholische Gärung.

Answer 28

Verantwortlich sind fakultativ anerobe Saccharomyces.

C6H12O6 –> 2 C2H5OH + 2 CO2

Question 29

Beschreibe die beiden allgemeinen Schritte der Gärung.

Answer 29

Glykolyse der Glukose zu Brentraubensäure

Reduktion der BTS über Ethanal zum Ausgangstoff

Question 30

Nenne die Gesamtbilanz der Atmung.

Answer 30

pro Glucose-Molekül: 30 bis 32 ATP-Moleküle

Question 31

Erkläre die Glykolyse.

Answer 31

1. Glucose wird phosporiliert zu Glucose-6-phosphat
2. Umlagerung und weitere Phosphorilierung zu Fructose-1,6-biphosphat
3. Spaltung in 2 Moleküle Glycerolaldehyd-3-phosphat
4. Elektronen und Protonen werden auf NAD übertragen 2x NAD —> NADH+H+
   es entsteht 2x Glycerolsäure-1,3-biphosphat
5. es werden 2x ADP phosphoriliert und es entsteht 2x Glycerolsäure-3-phosphat
6. Wasser wird abgespalten:
   Glycerolsäure-3-phosphat –>
   Phosphoenolpyruvat + 2 H2O
7. Es werden zwei Moleküle ADP phosphoriliert und es entsteht Pyruvat 2x

Question 32

Was ist das besondere an einer C4 Pflanze?

Answer 32

Sie bindet das CO2 an eine Säure in den Mesophyllzellen und umgeht damit eine Lichtatmung bei geschlossenen Spaltöffnungen. CO2 kann in den Gefäßbundelscheidezellen abgespalten werden und in den Calvin-Zyklus eingeschleust werden.

Question 33

Was sind CAM Pflanzen?

Answer 33

Sie können den Kohlenstoffdioxid nachts an eine organische Säure binden und somit am Tag die Spaltöffnungen geschlossen halten und dennoch Photosynthese betreiben.