Arbeitsblatt: Aufgaben zur Photosynthese

Zusammenstellung von Abituraufgaben zur Photosynthese Aufgaben zur Photosynthese, Aufgabe 1 Die Fotosynthese ist der bedeutendste Assimilationsprozess auf der Erde. Deshalb gehört dieses Thema schon lange zu den wichtigen Inhalten des Biologieunterrichts. In einem Buch aus dem Jahre 1915 (Cornel Schmitt: „Botanische Schülerübungen) findet man zu diesem Thema den folgenden Text: „(V 80) Befestige an einem unter Wasser abgeschnittenen kräftigen Spross der Wasserpest (Eloedea canadensis) einen Knopf und wirf das Zweigstück in ein Glas Brunnenwasser, so dass der glatt, aber schräg nochmals unter Wasser etwa 2 cm gekürzte Stengel nach oben ragt! Stelle das Glas ins Sonnenlicht und zähle die in einer Minute aufsteigenden Luftblasen! (81) Verhindere den Zutritt der Sonne und stelle wiederum die Zahl der Luftblasen fest! Benütze bei obigem Versuche abgekochtes Wasser. (Beobachtung: Es bilden sich keine Luftblasen!). Schütte etwas Selterswasser dazu! Erklärung: Kohlensäure wird im Sonnenlicht zerlegt in Sauerstoff, der zum größten Teil als Luftblase wieder abgegeben wird und in Kohlenstoff, der zum Aufbau des Pflanzenkörpers Verwendung findet Nach: U. Weber: Handbuch für den Unterricht Biologie Oberstufe, Gesamtband, Cornelsen Verlag Berlin 2003, S. 125 1.1 Erläutern Sie die Zielstellungen der beschriebenen Untersuchungen und beurteilen Sie die Erklärung des Versuches 81 aus heutiger Sicht! 1.2 In fotosynthetisch aktiven Laubblättern kann man Stärke nachweisen. Erklären Sie die Notwendigkeit der Stärkebildung in den Blättern! 1.3 Die Fotosynthese wird von verschiedenen Umweltfaktoren beeinflusst. Erläutern Sie unter Verwendung geeigneter grafischer Darstellungen die Abhängigkeit der Fotosyntheseleistung von zwei selbst gewählten Umweltfaktoren! Aufgaben zur Photosynthese, Aufgabe 2 a) Skizziere den Bau eines Licht- und Schattenblatts und beschreibe die Unterschiede. b) Zeichne in einem Graphen den Verlauf der Photosyntheseaktivität in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke, und erläutere den unterschiedlichen Kurvenverlauf. a. Wo liegt jeweils der Lichtkompensationspunkt. Bedeutung? c) Beschreibe den Weg der Elektronen bei der nicht-zyklischen Photophosphorylierung. d) Der pH-Wert im Lumen der Thylakoide kann im Vergleich zum Stroma um bis zu 3,5 pHEinheiten abweichen. a. Wo erwartest du den höheren pH-Wert? b. Wie kommt der Unterschied zustande? c. Welches ist seine biologische Bedeutung? e) Warum kommt bei Erliegen der Lichtreaktion auch die Dunkelreaktion zum Stillstand? f) Beschreibe den Versuch, durch den HILL 1937 erstmals nachgewiesen hat, dass der Photosynthese-Sauerstoff aus dem Wasser stammt. g) Bei einem Überschuss an NADPH im Chloroplasten, wird die Wasserspaltung eingestellt. Wie kann in der Zelle dennoch Lichtenergie in ATP umgewandelt werden? Aufgaben zur Photosynthese: Aufgabe 3 1937 stellte Robert Hill fest, dass isolierte Chloroplasten in Anwesenheit reduzierender Verbindungen (z. B. Eisenoxalat, Kaliumhexacyanoferrat(III) Benzochinon unter Lichteinfluss Sauerstoff freisetzen. Die Reaktion ging als Hill-Reaktion in die Literatur ein. Die Reaktionsformel seiner Theorie lautet: 2 H2O 2 Licht, Chloroplasten 2 AH2 O2 steht für einen Elektronenakzeptor z.B. Eisen(III)-Verbindungen. Die Reaktionsgleichung würde dann wie folgt lauten: 2 H2O 4 FeIII Licht, Chloroplasten 4 FeII O2 4 H 1. Nenne und erläutere mindestens drei wesentliche Erkenntnisse über den Ort und Ablauf der Photosynthese, die sich aus diesem Experiment ableiten lassen. 2. Welcher Stoff spielt die Rolle des Elektronenakzeptors unter natürlichen Bedingungen im Chloroplasten? 3. Beschreibe den Ablauf der Photosynthese im Einzelnen. lichtabhängigen Reaktionen während der Aufgaben zur Photosynthese: Aufgabe 4 1937 stellte Robert Hill fest, dass isolierte Chloroplasten in Anwesenheit reduzierender Verbindungen (z. B. Eisenoxalat, Kaliumhexacyanoferrat(III) Benzochinon unter Lichteinfluss Sauerstoff freisetzen. Die Reaktion ging als Hill-Reaktion in die Literatur ein. Die Reaktionsformel seiner Theorie lautet: 2 H2O 2 Licht, Chloroplasten 2 AH2 O2 steht für einen Elektronenakzeptor z.B. Eisen(III)-Verbindungen. Die Reaktionsgleichung würde dann wie folgt lauten: 2 H2O 4 FeIII Licht, Chloroplasten 4 FeII O2 4 H Nennen und erläutern Sie mindestens drei wesentliche Erkenntnisse über den Ort und Ablauf der Photosynthese, die sich aus diesem Experiment ableiten lassen. Aufgaben zur Photosynthese, Aufgabe 5 Die grünen Pflanzen absorbieren Licht im blauen und roten Bereich des sichtbaren Sonnenlichts. Es ergibt sich daraus die Fragen nach der Fixierung und „Weiterverarbeitung der Sonnenenergie. Die anschließend dargestellten Vorgänge sind an die Membranen der Thylakoide gebunden. Das Licht wird von Chlorophyll-a-Protein-Komplexen fixiert. Man spricht von Reaktionszentren. Es gibt zwei verschiedene Typen von Reaktionszentren, die man zwei Fotosystemen zuordnet: Fotosystem enthält einen Komplex mit einem Absorptionsmaximum bei einer Wellenlänge von 700 nm P700), Fotosystem II enthält einen Komplex mit einem Absorptionsmaximum bei 680 nm (P680). Diese Reaktionszentren arbeiten wie Energiesammeltrichter, bei denen andere Farbstoffmoleküle die eingefangenen Energie an die sogenannten Antennenpigmente P700, P680) weiterleiten. Vereinfacht dargestellt trifft Licht entsprechender Wellenlänge auf Chlorophyll ( Chl a), ein Elektron nimmt die Energie auf und erreicht damit einen angeregten, höheren Energiezustand, der nur kurz andauert. Spezielle Redoxsysteme können das angeregte Elektron nun binden und in einer Elektronentransportkette schrittweise einem geringeren Energieniveau zuführen. Die dabei freigesetzte Energie wird durch die Synthese des Energiespeichermoleküls ATP gebunden, bzw. für die Bildung des Wasserstoffübertragungsmoleküls NADPHH verwendet. Für diese Reaktionen sind das Fotosystem II und das Fotosystem quasi hintereinander geschaltet, wobei das Fotosystem ein etwas höheres Energieniveau hat. Ein Elektron des Chlorophylls P680 wird angeregt, durch die Redoxkette gebunden und zum Chlorophyll P700 geleitet. Die dabei frei werdende Energie wird in Form des ATP fixiert. Im P700 schließt das Elektron die Lücke, die ein ebenfalls angeregtes Elektron hinterlassen hat, das über den Weg einer Redoxkette zur Bindung von Wasserstoff im Molekül NADP verwendet wurde. Der Wasserstoff, Sauerstoff und Elektronen entstammen der fotochemischen Spaltung (Photolyse) des Wassers. Aufgaben: a) Erstellen Sie anhand des Informationstextes ein Schaubild, das auch das Energieniveau berücksichtigt. b) Welche Auswirkungen hätte eine erhöhte bzw. verringerte Lichtintensität auf die Reaktionen? c) Wie würde sich eine Temperaturerhöhung auswirken? d) Welche Auswirkung auf die geschilderten Reaktionen erwarten Sie von einer Erhöhung der CO2-Konzentration? Aufgaben zur Photosynthese, Aufgabe 6 a) Beschreiben Sie Unterschiede im Bau eines Licht- und Schattenblatts. b) Zeichnen Sie in einem Graphen jeweils den Verlauf der Photosyntheseaktivität in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke für ein Licht- und ein Schattenblatt und erläutere den unterschiedlichen Kurvenverlauf unter besonderer Berücksichtigung des Lichtkompensationspunktes und des Lichtsättigungspunktes. c) Der pH-Wert im Inneren der Thylakoide kann im Vergleich zum Stroma um bis zu 3,5 pH-Einheiten abweichen. a. Wo erwarten Sie den höheren pH-Wert? b. Wie kommt der Unterschied zustande? c. Welches ist seine biologische Bedeutung? d) Warum kommt bei Erliegen der Lichtreaktion mit zeitlicher Verzögerung auch die Dunkelreaktion zum Stillstand?