Beschreibe die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese (M 1).

Beschreibe die Auswirkungen unterschiedlicher Lichtintensitäten auf Schattenpflanzen mit Hilfe von Abbildung 2 a und b und erläutere diese (M 2, M 3).

Werte die Ergebnisse der Untersuchungen zu den Angepasstheiten der Sonnenpflanzen gegen Lichtstress aus (M 4).

Erläutere mit Hilfe der Modellvorstellung in Abbildung 5 die Wirkung von Zeaxanthin als Schutz vor Lichtstress (M 1 - M 4).

Beschreibe die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese (M 1).

• Lichtabsorption durch Chlorophylle und Carotinoide im Lichtsammelkomplex

• Abgabe von Elektronen durch angeregtes Chlorophyll im Reaktionszentrum P 680 des FS II

• Elektronentransportkette zum FS I, dabei auch Aufnahme von Protonen auf der Stromaseite und Transport in den Thylakoidinnenraum

• Aufbau eines Protonengradienten

• Auffüllen der Elektronenlücke im FS II durch Fotolyse des Wassers → Entstehung von Sauerstoff

• Lichtanregung im FS I → angeregtes P 700* überträgt Elektronen auf Ferredoxin und NADP⁺-Reduktase → Bildung von NADPH + H⁺

• Protonen diffundieren entlang des Konzentrationsgradienten durch ATP-Synthase ins Stroma

• Chemiosmotische Bildung von ATP

Beschreibe die Auswirkungen unterschiedlicher Lichtintensitäten auf Schattenpflanzen mithilfe von Abbildung 2 a und b und erläutere diese (M 2, M 3).

Beschreiben:

Abb. 2 a

• Je höher die Lichtintensität, desto mehr Licht wird absorbiert → bei 30 kLux ca. 5 rel. Einheiten

• Bis zu einer Lichtintensität von ca. 23 kLux steigt die Menge der für die Fotosynthese genutzten Lichtenergie an → bei ca. 23 kLux ca. 2,5 rel. Einheiten

• Absinken der fotosynthetisch genutzten Lichtenergie mit zunehmender Lichtintensität über ca. 23 kLux → Lichtstress

Abb. 2 b

• Veränderung der Blattstrukturen durch hohe Lichtintensitäten

• Bei zunehmender Lichtintensität: Abbau von Chloroplasten

• Bei sehr hoher Lichtintensität: Zerstörung der Zellen verschiedener Blattschichten

Erläutern:

• Störung der Elektronentransportkette unter Lichtstress

  • Entstehung von ROS durch Übertragung von Elektronen auf Sauerstoff

• Schädigung der Zellen bei Lichtstress aufgrund der Zerstörung von Lipiden, Proteinen und Chlorophyllen durch ROS

  • Verminderung der Fotosyntheseleistung

Werte die Ergebnisse der Untersuchungen zu den Angepasstheiten der Sonnenpflanzen gegen Lichtstress aus (M 4).

Beschreiben:

• Gelbgrüne Verfärbung der Blätter

• Verstärktes Wachstum

Abb. 3

• Chromatogramme beider Pflanzen zeigen die Blattfarbstoffe Chlorophyll a und b sowie Violaxanthin und Neoxanthin

• Chromatogramm der lichtgestressten Pflanze weist zusätzlich den Farbstoff Zeaxanthin auf

Abb. 4

• Abhängigkeit der Bildung und Umwandlung verschiedener Carotinoide von der Lichtstärke

• Unter Starklicht: Umwandlung von Violaxanthin über ein Zwischenprodukt zu Zeaxanthin

• Unter Schwachlicht: Umwandlung von Zeaxanthin in Violaxanthin über ein Zwischenprodukt

Schlussfolgern:

• Licht steuert den Umwandlungsprozess der verschiedenen Carotinoide

• Hohe Lichtintensität führt zu erhöhtem Carotinoidgehalt → daher gelbgrüne Verfärbung

Erläutere mithilfe der Modellvorstellung in Abbildung 5 die Wirkung von Zeaxanthin als Schutz vor Lichtstress (M 1 – M 4).

• Abgabe überschüssiger Anregungsenergie in Form von Wärme durch Zeaxanthin

  • Verhinderung der Bildung von schädigenden ROS

  • Trotz hoher Lichtintensitäten kann der Elektronen- und Protonentransport an der Thylakoidmembran stattfinden

  • Nutzung hoher Energiemengen zum Wachstum

  • Kein Lichtstress