Dein Fortschritt:
0 / 0 Aufgaben
2
Aufgabenblock — AFB II
Zehn Aufgaben, in denen Wissen aus mehreren Unterkapiteln zusammenkommt: Messwerte deuten, Bilanzen herleiten, Faktoren einordnen. Drei gestufte Tipps helfen beim Ansatz.
A1
Primärreaktionen und Calvin-Zyklus
AFB IIVergleichen Sie die Primärreaktionen mit dem Calvin-Zyklus, indem Sie in jeder Zeile genau ein Kreuz setzen.
Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
| Merkmal | Primärreaktionen | Calvin-Zyklus | beide |
|---|---|---|---|
| läuft an der Thylakoidmembran ab | |||
| braucht unmittelbar Licht | |||
| verbraucht ATP | |||
| reduziert einen Stoff mit Elektronen aus NADPH | |||
| setzt O₂ frei | |||
| wird von Enzymen katalysiert | |||
| kommt ohne Nachschub aus dem anderen Teilprozess nicht lange aus |
Die Primärreaktionen bilden ATP und NADPH, der Calvin-Zyklus verbraucht beides. Enzyme arbeiten in beiden Teilprozessen, und beide sind aufeinander angewiesen: Die Thylakoide brauchen NADP⁺, ADP und Phosphat zurück, der Calvin-Zyklus ATP und NADPH.
Ordnen Sie zuerst jedem Teilprozess seinen Ort und seine Produkte zu.
Wer ATP bildet, verbraucht es nicht — und umgekehrt. Enzyme und die gegenseitige Abhängigkeit betreffen beide.
Primär: Thylakoidmembran, Licht, O₂ · Calvin: ATP-Verbrauch, Reduktion mit NADPH · beide: Enzyme, Abhängigkeit.
Lösung anzeigen
Primärreaktionen: Thylakoidmembran, unmittelbar lichtabhängig, O₂-Freisetzung. Calvin-Zyklus: verbraucht ATP (Reduktion und Regeneration), reduziert 3-PG mit NADPH zu G3P. Beide: enzymkatalysiert und über ATP/ADP und NADPH/NADP⁺ stofflich gekoppelt.
A2
Herbstlaub
AFB IIMaterial: Die Buche im Oktober
Im Herbst baut die Buche das Chlorophyll ihrer Blätter ab und verlagert die Bausteine in Äste und Stamm. Die Blätter färben sich gelb bis orange, bevor sie abfallen.
Erklären Sie die Gelbfärbung: Markieren Sie alle zutreffenden Aussagen.
Mehrere Antworten können richtig sein. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Prüfen“.
Die Farbe eines Blattes ist das Licht, das es nicht absorbiert. Fehlt das Chlorophyll, fehlt die starke Rot- und Blauabsorption; übrig bleibt die Blauabsorption der Carotinoide, und das Blatt wirft gelbes bis rotes Licht zurück.
Die Blattfarbe zeigt das Licht, das die Pigmente nicht absorbieren.
Welche Pigmente liegen im Blatt neben Chlorophyll vor, und in welchem Bereich absorbieren sie?
Drei Aussagen stimmen: überdeckt, Blauabsorption der Carotinoide, späterer Abbau.
Lösung anzeigen
Im grünen Blatt überdeckt das Chlorophyll die Carotinoide. Beim Abbau des Chlorophylls bleiben die Carotinoide länger erhalten. Da sie nur blaues Licht absorbieren, wird der übrige Teil des Spektrums (Gelb bis Rot) reflektiert — das Blatt erscheint gelb bis orange.
A3
Mittagsdepression
AFB IIMaterial: Ein heißer Sommertag
An heißen, trockenen Sommertagen sinkt die Nettofotosynthese vieler Pflanzen um die Mittagszeit deutlich ab — obwohl dann das meiste Licht zur Verfügung steht. Am Nachmittag steigt sie wieder an.
Erläutern Sie diese „Mittagsdepression“, indem Sie den Gedankengang Schritt für Schritt aufbauen.
Spielen Sie den Gedankengang Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
Die Mittagsdepression ist eine Folge des Zielkonflikts der Spaltöffnungen: Wasser sparen heißt CO₂ aussperren. Licht ist genug da, aber CO₂ wird zum Minimumfaktor.
Denken Sie an den Zielkonflikt: Durch dieselben Spaltöffnungen entweicht Wasser und tritt CO₂ ein.
Transpiration ↑ → Schließzellen reagieren → Gasaustausch → Calvin-Zyklus.
Spalt schließt → weniger CO₂ → Fixierung gebremst → CO₂ ist Minimumfaktor.
Lösung anzeigen
Hitze und Trockenheit vergrößern das Konzentrationsgefälle für Wasserdampf; die Transpiration steigt. Um Wasser zu sparen, schließen die Schließzellen die Spaltöffnungen. Dadurch gelangt kaum noch CO₂ in die Interzellularen, Rubisco fixiert weniger CO₂, und die Nettofotosynthese sinkt, obwohl genug Licht vorhanden ist. CO₂ ist zum Minimumfaktor geworden.
A4
Blattscheibe in der Messkammer
AFB IIMaterial: Gaswechsel einer Buchen-Blattscheibe (Modellwerte)
Im Licht gibt die Blattscheibe netto 25 µmol O₂ pro Stunde ab. Im Dunkeln nimmt sie 5 µmol O₂ pro Stunde auf. Die Atmung ist im Licht gleich groß wie im Dunkeln.
Ermitteln Sie Schritt für Schritt die Bruttofotosyntheserate, die daraus gebildete Glucose und das dafür im Calvin-Zyklus verbrauchte ATP (alles pro Stunde).
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
- Bruttorate in µmol O₂/h µmol/h
- gebildete Glucose in µmol/h µmol/h
- verbrauchtes ATP in µmol/h µmol/h
Brutto = Netto + Atmung = 25 + 5 = 30 µmol O₂/h. Je Glucose entstehen 6 O₂ → 30 : 6 = 5 µmol Glucose/h. Je Glucose 18 ATP → 5 · 18 = 90 µmol ATP/h.
Die gemessene O₂-Abgabe ist die Nettorate — die Atmung läuft im Licht weiter.
\(P_\text{brutto}=P_\text{netto}+R\); 6 O₂ je Glucose; 18 ATP je Glucose.
30 µmol/h · 5 µmol/h · 90 µmol/h
Lösung anzeigen
\(P_\text{brutto}=25+5=30\,\mu\mathrm{mol\,O_2\,h^{-1}}\). Nach der Gesamtgleichung gehören zu einer Glucose 6 O₂: \(30:6=5\,\mu\mathrm{mol}\) Glucose pro Stunde. Der Calvin-Zyklus braucht 18 ATP je Glucose: \(5\cdot18=90\,\mu\mathrm{mol}\) ATP pro Stunde.
A5
Der pH-Wert der Außenlösung
AFB IIMaterial: Thylakoide im Licht (Modellwerte)
Isolierte Thylakoide liegen in einer schwach gepufferten Lösung mit NADP⁺, ADP und Phosphat. Beim Einschalten des Lichts steigt der pH-Wert der Außenlösung von 7,0 auf 7,4. Nach dem Ausschalten sinkt er langsam wieder auf 7,0.
Deuten Sie die Messwerte: Entscheiden Sie bei jeder Deutung, ob sie stimmt.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Ein steigender pH-Wert außen bedeutet: Außen verschwinden H⁺. Sie landen im Thylakoidinnenraum — dort entsteht der Protonengradient, der die ATP-Synthase antreibt.
Ein steigender pH-Wert heißt: Die H⁺-Konzentration sinkt.
Überlegen Sie, auf welcher Seite der Membran im Licht H⁺ verbraucht und auf welcher sie angereichert werden.
stimmt · stimmt nicht · stimmt · stimmt · stimmt nicht
Lösung anzeigen
Im Licht werden H⁺ aus der Außenlösung (entspricht dem Stroma) über Plastochinon ins Lumen verlagert, außerdem verbraucht die NADPH-Bildung außen H⁺ — der pH-Wert außen steigt. Im Dunkeln fließen die H⁺ zurück, der Gradient verschwindet. Die ATP-Synthase pumpt nicht, sie nutzt den Rückstrom.
A6
Wasserpest bei verschiedenen Temperaturen
AFB IIMaterial: Bläschenzählung (Modellwerte)
Ein Spross der Wasserpest wird bei starkem Licht und reichlich CO₂ (Natriumhydrogencarbonat) in Wasser verschiedener Temperatur gestellt.
| Temperatur in °C | 10 | 20 | 30 | 35 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|
| O₂-Bläschen pro min | 8 | 17 | 30 | 26 | 12 |
Werten Sie die Messreihe aus, indem Sie jede Aussage vervollständigen.
Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
| Aussage | Ergänzung |
|---|---|
| Das Temperaturoptimum der Messreihe liegt … | |
| Von 10 °C auf 20 °C steigt die Rate … | |
| Über 30 °C sinkt die Rate, weil … | |
| Die Bläschen zeigen … |
Optimumkurve: Bis 30 °C beschleunigt die Wärme die Enzyme des Calvin-Zyklus (Faktor ≈ 2 pro 10 °C), darüber überwiegt die Denaturierung. Da die Atmung weiterläuft, zeigen die Bläschen nur die Nettofotosynthese. Warmes Wasser löst übrigens weniger CO₂ — nicht mehr.
Suchen Sie den höchsten Wert der Tabelle und vergleichen Sie 8 mit 17.
Denken Sie an Enzyme: Wärme beschleunigt sie — bis sie ihre Raumstruktur verlieren.
30 °C · Verdopplung · Denaturierung · Nettofotosynthese
Lösung anzeigen
Optimum bei etwa 30 °C. Von 10 °C auf 20 °C steigt die Rate von 8 auf 17 Bläschen pro Minute, also etwa auf das Doppelte (RGT-Regel). Oberhalb von 30 °C denaturieren die Enzyme des Calvin-Zyklus zunehmend. Die Bläschen zeigen nur die Nettofotosynthese, weil die Zellatmung einen Teil des O₂ gleich verbraucht.
A7
Bedarf für drei Umläufe
AFB IILeiten Sie aus den drei Phasen des Calvin-Zyklus her, wie viel ATP und NADPH für drei Umläufe (3 CO₂) nötig sind. Tragen Sie die Zwischenergebnisse ein.
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
| Größe | Anzahl |
|---|---|
| gebildete 3-PG-Moleküle bei der Fixierung | |
| ATP für die Reduktion | |
| NADPH für die Reduktion | |
| ATP für die Regeneration | |
| ATP insgesamt |
Drei CO₂ an drei RuBP ergeben sechs 3-PG. Jedes 3-PG braucht ein ATP und ein NADPH → 6 ATP, 6 NADPH. Aus fünf der sechs G3P werden drei RuBP; die Regeneration kostet ein ATP je RuBP → 3 ATP. Zusammen 9 ATP und 6 NADPH — also 3 ATP und 2 NADPH je CO₂.
Fixierung: Jedes CO₂ macht aus einem RuBP zwei 3-PG.
Reduktion: 1 ATP + 1 NADPH je 3-PG. Regeneration: 1 ATP je entstehendem RuBP.
6 · 6 · 6 · 3 · 9
Lösung anzeigen
\(3\,\ce{CO2}+3\,\text{RuBP}\to6\,\text{3-PG}\). Reduktion: \(6\) ATP und \(6\) NADPH → 6 G3P. Ein G3P wird entnommen, aus 5 G3P entstehen 3 RuBP unter Verbrauch von 3 ATP. Summe: 9 ATP, 6 NADPH für 3 CO₂ (Verhältnis 3 : 2).
A8
Wer begrenzt hier?
AFB IIOrdnen Sie jede Situation danach ein, welcher Faktor dort der Minimumfaktor der Fotosynthese ist.
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (1, 2, 3; 0 legt sie zurück).
1Licht
2CO₂
3Temperatur
Minimumfaktor ist der Faktor, dessen Erhöhung die Rate steigert. Im Schatten und in der Dämmerung ist es das Licht; bei starkem Licht oft das CO₂ (Luft: nur 0,04 %); bei Kälte bremsen die langsamen Enzyme des Calvin-Zyklus.
Fragen Sie jeweils: Welche Änderung würde die Rate sofort steigern?
Abgekochtes Wasser enthält kaum gelöstes CO₂.
Licht: Hecke, Dämmerung · CO₂: Gewächshaus, Wasserpest · Temperatur: Frostmorgen, Bergsee
Lösung anzeigen
Licht: Salat im Schatten, Buchenblatt in der Dämmerung. CO₂: Gewächshaus mit Sonne (Begasung wirkt), Wasserpest in abgekochtem Wasser (Hydrogencarbonat wirkt). Temperatur: Frostmorgen und kalter Bergsee — trotz viel Licht arbeiten die Enzyme langsam.
A9
Sauerstoff aus einer Buche
AFB IIMaterial: Tagesbilanz einer Buche (Modellwert)
Eine große Buche bildet an einem sonnigen Sommertag netto etwa 10 mol Glucose. 1 mol eines Gases nimmt bei 20 °C rund 24 L ein.
Schätzen Sie ab, wie viele Liter O₂ die Buche an diesem Tag netto an die Luft abgibt.
Die Gesamtgleichung verknüpft Glucose und O₂.
1 Glucose ↔ 6 O₂; dann Stoffmenge in Volumen umrechnen.
10 · 6 · 24 L ≈ 1440 L
Lösung anzeigen
\(n(\ce{O2})=6\cdot10\,\mathrm{mol}=60\,\mathrm{mol}\); \(V\approx60\,\mathrm{mol}\cdot24\,\mathrm{L\,mol^{-1}}\approx1440\,\mathrm{L}\). Da die Glucose netto angegeben ist, ist der von der Atmung verbrauchte Sauerstoff bereits abgezogen.
A10
Ohne Licht keine Glucose
AFB IIEin Schüler begründet, warum eine Pflanze im Dunkeln nach kurzer Zeit keine Glucose mehr bildet. Begründen Sie den Sachverhalt korrekt, indem Sie die fehlerhaften Schritte seiner Begründung markieren.
In dieser Begründung stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Die korrekte Begründung läuft über die Kopplung: Licht → Primärreaktionen → ATP und NADPH → Calvin-Zyklus. Der Calvin-Zyklus braucht kein Licht direkt, aber ohne Nachschub aus den Primärreaktionen kommt er nach kurzer Zeit zum Erliegen.
Prüfen Sie jede Zeile: Braucht der genannte Stoff oder das Enzym wirklich direkt Licht?
Welche Wasserstoffüberträger bildet die Zellatmung, welchen braucht der Calvin-Zyklus?
Fehlerhaft sind die Zeilen 4 und 5.
Lösung anzeigen
Zeilen 4 und 5 sind falsch. Richtig: Der Calvin-Zyklus ist nur indirekt lichtabhängig; er läuft nach dem Ausschalten des Lichts noch kurz weiter, bis ATP und NADPH verbraucht sind. Die Zellatmung liefert kein NADPH für die Chloroplasten.