VL 9 Photorespiration

Question 1

C3 Pfl verlieren am Tag und in der Nacht einen erheblichen Anteil ihrer Energie durch Photorespiration

Answer 1

• FALSCH
• Photorespiration findet nur tagsüber statt - Rubisco ist nur im Licht aktiv (parallel zu Calvin)
• hat dann aber erhöhten Verbrauch von ATP und NADPH
• Nachts nur mitochondriale Respiration

Photorespiration: Stoffwechselvorgang im Licht (Verbraucht ATP!)

• Kompensiert negative Folgen der Oxygenasereaktion der RUBISCO (fixiert O2 anstatt CO2 → 2-Phosphoglycolat - kann nicht mehr im Calvin-Zyklus verwendet werden)
• Verbraucht O2 → CO2 und Stickstoffverbindungen
• Reaktion findet in Chloroplast - Peroxisom - Mitochondrium statt
• je höher Temp. desto höher Oxygenasereaktionswahrscheinlichkeit (mehr O2 gelöst)
• parallel zum Calvin-Zyklus

Question 2

C3 Pfl decken ihren Energiebedarf am Tage hauptsächlich durch Photorespiration

Answer 2

• FALSCH
• Photorespiration dient zur Rückgewinnung von 75 % des verlorengegangenen CO2 (durch Oxygenase)
• durch Umsetzung von zwei 2-Phosphoglycolaten in ein C3-Phosphoglycerat (steht wieder Calvin zur Verfügung)
• Photorespiration verbraucht ATP
• Pflanzen decken ihren Energiebedarf durch Photosynthese und nicht durch Photorespiration

Question 3

Die C4-Photosynthese wird so genannt, weil sie C zunächst in einer org. Säure mit 4 C-Atomen bindet und in der PS 4 ATP und 4 NADPH-Moleküle produziert

Answer 3

• FALSCH
• “C4” da erstes Produkt org. Säure mit 4 C-Atomen (Oxalacetat)
• Menge an gebildeten ATP und NADPH unerheblich für Namen (und abweichend)

C4: räumliche Trennung von Calvin und CO2-Assimilierung
• → Rubisco kommt nicht in Kontakt mit O2 - keine Oxygenasereaktion (keine Photorespiration nötig)

Question 4

Im Verlauf der Evolution hat die RuBisCo bei C4 Pfl durch Mutationen ihre doppelte katalytische Funktion als Carboxylase und Oxygenase verloren. Das erklärt die hohe Effizienz der CO2-Bindung und deren hohe PS-Leistung

Answer 4

• FALSCH
• Die erhöhte Effizienz der RuBisCo ist nicht durch Mutation zu erklären
• räumliche Trennung der Reaktionen
• Vorfixierung von PEP-Carboxylasen
→ hohen Konzentrationen von CO2 in den Bündelscheidenzellen
• ausschließlich Carboxylierungsreaktion - Oxygenase-Reaktionen werden verhindert.

Oxygenasereaktion: Rubisco fixiert O2 anstatt CO2 - Produkt kann nicht in Calvin-Zyklus (-Photorespiration)

Question 5

Der Chloroplastendimorphismus erklärt die unterschiedliche Gestalt der Chloroplasten in C3- und C4-Pfl

Answer 5

• FALSCH
• Chloroplastendimorphismus ist nur in C4-Pfl zu beobachten. Er Beschreibt die Organisation der Thylakoidmembran in Bündelscheidenzellen (BSC) und Mesophyllzellen (MC):
- Chloroplasten der Mesophyllzellen mit typischen Granastapeln und Stromathylakoide
- Chloroplasten der Bündelscheidenzellen: nur langgestreckte Stromathylakoide ohne Granastapel

Question 6

Kohlendioxidkonzentrierungsstrategien der C4 Pfl tragen dazu bei, Wasser zu sparen, aber die Kohlenstofffixierung braucht ca. zweimal so viel Energie wie die C3 Pfl

Answer 6

• RICHTIG
• Anreicherung von CO2 in Bündescheidezellen durch hochaffine Vorfixierung (PEP-Carboxylase)
• Spaltöffnungen weniger geöffnet - Verringert Transpiration
• hoher Energieverbrauch (Widerherstellung PEP aus Pyruvat)
- lohnt sich auf Grund heißer Standorte

Question 7

Die lichtunabhängige Reaktion der PS (der Calvin-Zyklus) läuft bei CAM-Pfl ausschließlich nachts ab

Answer 7

• FALSCH
• Tagsüber: Calvin-Zyklus – indirekt lichtabhängig
- abh. Von in Licht gewonnenen Energieäquivalenten (ATP, NADPH)
• Nachts: CO2-Vorfixierung über PEP-Carboxylasen – als Malat in Vakuolen gespeichert

Question 8

Die Transpirationsraten pro g gebildeter Trockenmasse der C4 Pfl kann verständlicherweise höher sein, da diese Pfl über eine optimierte CO2-Fixierungsstrategie verfügen

Answer 8

• FALSCH
• C4 hat besonders geringe Transpirationsraten durch geschlossene Stomata
• Trotzdem ist durch räumliche Trennung und effektive Vorfixierung hohe CO2-Aufnahme und -Assimilation möglich

Question 9

Die Trockenmassenproduktion der normalen C4 Pfl ist höher als die der C3 Pfl, da sie am Tage und des Nachts assimilieren können

Answer 9

• FALSCH
• Trockenmassenproduktion ist höher - auch in C4 nicht nachts statt
• Die erhöhte Produktion beruht auf optimierte Konzentrierungsstrategien des CO2 in Bündelscheidenzellen

Question 10

Blätter der Pfl Byrophyllum, die über den Crassulaceensäure-(CAM)Stoffwelweg verfügen, schmecken am Morgen säuerlich

Answer 10

• RICHTIG
• Malat (Apfelsäure) reichert sich nachts in Vakuolen an. Wird im Laufe des Tages abgebaut.

CAM: zeitliche Trennung von PS und CO2-Fixierung

• Nachts CO2-Aufnahme (Stomata offen) – Speicherung als Malat in Vakuolen
• Tagsüber CO2-Fixierung – Calvin-Zyklus (Stomata geschlossen)