Biologie für Majors I (Deutsch)

Identifizieren Sie die grundlegenden Komponenten und Schritte der Photosynthese

Die Prozesse in allen Organismen – vom Bakterium bis zum Menschen – erfordern Energie. Um diese Energie zu erhalten, greifen viele Organismen auf gespeicherte Energie zu, indem sie essen, dh andere Organismen aufnehmen. Aber woher stammt die in Lebensmitteln gespeicherte Energie? All diese Energie kann auf die Photosynthese zurückgeführt werden.

Die Photosynthese ist für alles Leben auf der Erde von wesentlicher Bedeutung. Pflanzen und Tiere hängen davon ab. Es ist der einzige biologische Prozess, der Energie aus dem Weltraum (Sonnenlicht) erfassen und in chemische Verbindungen (Kohlenhydrate) umwandeln kann, mit denen jeder Organismus seinen Stoffwechsel antreibt. Kurz gesagt, die Energie des Sonnenlichts wird eingefangen und zur Energiegewinnung von Elektronen verwendet, die dann in den kovalenten Bindungen von Zuckermolekülen gespeichert werden. Wie langlebig und stabil sind diese kovalenten Bindungen? Die Energie, die heute durch die Verbrennung von Kohle und Erdölprodukten gewonnen wird, stellt Sonnenenergie dar, die vor etwa 300 Millionen Jahren durch Photosynthese eingefangen und gespeichert wurde.

Pflanzen, Algen und eine Gruppe von Bakterien, die als Cyanobakterien bezeichnet werden, sind die einzigen Organismen, die dazu in der Lage sind Photosynthese durchführen (Abbildung 1). Da sie Licht zur Herstellung ihrer eigenen Lebensmittel verwenden, werden sie als Photoautotrophen bezeichnet (wörtlich „Selbstfütterer mit Licht“). Andere Organismen wie Tiere, Pilze und die meisten anderen Bakterien werden als Heterotrophe („andere Futtermittel“) bezeichnet. weil sie sich für ihren Energiebedarf auf den Zucker verlassen müssen, den photosynthetische Organismen produzieren. Eine dritte sehr interessante Gruppe von Bakterien synthetisiert Zucker nicht unter Verwendung der Sonnenenergie, sondern durch Extraktion von Energie aus anorganischen chemischen Verbindungen. Daher werden sie als Chemoautotrophen bezeichnet.

Abbildung 2. Photoautotrophen, einschließlich (a) Pflanzen, (b) Algen und (c) Cyanobakterien synthetisieren ihre organischen Verbindungen durch Photosynthese unter Verwendung von Sonnenlicht als Energiequelle. Cyanobakterien und Planktonalgen können über enorme Wasserflächen wachsen und manchmal die Oberfläche vollständig bedecken. In einer (d) Tiefsee-Entlüftung fangen Chemoautotrophen wie diese (e) thermophilen Bakterien Energie aus anorganischen Verbindungen ein, um organische Verbindungen herzustellen. Das Ökosystem, das die Entlüftungsöffnungen umgibt, hat eine Vielzahl von Tieren wie Röhrenwürmer, Krebstiere und Tintenfische, die Energie aus den Bakterien gewinnen. (Kredit a: Änderung der Arbeit von Steve Hillebrand, US Fish and Wildlife Service; Kredit b: Änderung der Arbeit durch „Eutrophierung & Hypoxie“ / Flickr; Kredit c: Änderung der Arbeit von NASA; Kredit d: Universität Washington, NOAA; Kredit e: Änderung der Arbeit von Mark Amend, Unterwasserforschungszentrum Westküste und Polarregionen, UAF, NOAA)

Abbildung 2. Die in Kohlenhydratmolekülen aus der Photosynthese gespeicherte Energie fließt durch die Nahrungskette. Der Raubtier, der diese Hirsche frisst, erhält einen Teil der Energie, die entstanden ist

Die Bedeutung der Photosynthese besteht nicht nur darin, dass sie die Energie des Sonnenlichts einfangen kann. (Kredit: Änderung der Arbeit von Steve VanRiper, US-amerikanischer Fisch- und Wildtierservice) Eine Eidechse, die sich an einem kalten Tag sonnt, kann die Sonnenenergie zum Aufwärmen nutzen. Die Photosynthese ist von entscheidender Bedeutung, da sie sich als Speichermethode entwickelt hat die Energie in der Sonnenstrahlung (der „Foto“ -Teil) als hochenergetische Elektronen in den Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen von Kohlenhydratmolekülen (der „Synthese“ -Teil). Diese Kohlenhydrate sind die Energiequelle, mit der Heterotrophe die ATP-Synthese über die Atmung antreiben. Daher versorgt die Photosynthese 99 Prozent der Ökosysteme der Erde. Wenn ein Top-Raubtier wie ein Wolf einem Hirsch nachjagt (Abbildung 2), befindet sich der Wolf am Ende eines Energiepfades, der von Kernreaktionen auf der Sonnenoberfläche zu Licht, Photosynthese und Vegetation führte. zu Hirschen und schließlich zu Wölfen.

Was Sie lernen werden

• Identifizieren Sie die Reaktanten und Produkte der Photosynthese
• Beschreiben Sie die sichtbaren und Elektromagnetische Lichtspektren, wie sie für die Photosynthese gelten
• Beschreiben Sie die lichtabhängigen Reaktionen, die während der Photosynthese stattfinden
• Identifizieren Sie die lichtunabhängigen Reaktionen bei der Photosynthese

Lernaktivitäten

Die Lernaktivitäten für diesen Abschnitt umfassen Folgendes:

• Überblick über die Photosynthese
• Lichtspektren

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