Fotosynthese und Zellatmung im Vergleich
Im Sommer wächst auf einem Kartoffelacker in der Soester Börde aus einer kleinen Knolle eine große Pflanze mit vielen neuen Knollen. Woher kommt die Masse, wenn die Pflanze nur Luft, Wasser und Licht bekommt? Und warum atmet die Pflanze trotzdem, obwohl sie Sauerstoff herstellt? Das klärst du auf dieser Seite.
Die Fotosynthese: Licht wird zu Zucker
Grüne Pflanzen sind Produzenten: Sie stellen aus anorganischen Stoffen energiereiche organische Stoffe her. Das geschieht in den Chloroplasten der Blattzellen. Sie enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll, der Licht auffängt.
Die Pflanze nimmt Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf (durch die Spaltöffnungen der Blätter) und Wasser aus dem Boden (durch die Wurzeln). Mit Hilfe von Lichtenergie baut sie daraus Traubenzucker auf. Als Nebenprodukt entsteht Sauerstoff.
Wortgleichung der Fotosynthese:
$$\text{Kohlenstoffdioxid} + \text{Wasser} \xrightarrow{\ \text{Lichtenergie}\ } \text{Traubenzucker} + \text{Sauerstoff}$$Als Formelgleichung (nur als Ergänzung): $6\,\mathrm{CO_2}+6\,\mathrm{H_2O}\to\mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\,\mathrm{O_2}$
Warum ist das wichtig? Im Traubenzucker steckt die Energie des Lichts nun chemisch gebunden. Die Pflanze kann sie speichern: Viele Traubenzuckerbausteine werden zu Stärke verbunden, zum Beispiel in den Kartoffelknollen. Der Zucker wird auch zum Wachsen gebraucht (Zellwände, Früchte, Samen).
Die Fotosynthese und die Zellatmung sind zwei wichtige Stoffwechselvorgänge. a) Nenne die Ausgangsstoffe (Edukte) und die Endprodukte der Fotosynthese. b) Nenne die…
Die Fotosynthese und die Zellatmung sind zwei wichtige Stoffwechselvorgänge.
- a) Nenne die Ausgangsstoffe (Edukte) und die Endprodukte der Fotosynthese.
- b) Nenne die Ausgangsstoffe (Edukte) und die Endprodukte der Zellatmung.
Ein Kartoffelacker in der Soester Börde wird im Sommer geerntet. Die Knollen enthalten viel Stärke. a) Erkläre, wie die Stärke in den Knollen entstanden ist. Gehe dabei…
Ein Kartoffelacker in der Soester Börde wird im Sommer geerntet. Die Knollen enthalten viel Stärke.
- a) Erkläre, wie die Stärke in den Knollen entstanden ist. Gehe dabei auf Fotosynthese und Transport ein.
- b) Erkläre, wofür die Kartoffelpflanze einen Teil des gebildeten Traubenzuckers verbraucht.
- c) Begründe, warum Kartoffeln im dunklen Keller auskeimen können, obwohl dort kein Licht vorhanden ist.
Die Zellatmung: Energie wird freigesetzt
Alle Lebewesen brauchen Energie: zum Wachsen, Bewegen und Warmhalten. Diese Energie holen sie sich aus Traubenzucker. Dazu läuft in jeder lebenden Zelle die Zellatmung ab, und zwar in den Mitochondrien. Das gilt für Pflanzen, Tiere und Menschen.
Wortgleichung der Zellatmung:
$$\text{Traubenzucker} + \text{Sauerstoff} \to \text{Kohlenstoffdioxid} + \text{Wasser} + \text{nutzbare Energie}$$Warum atmen Pflanzen auch im Dunkeln? Weil ihre Zellen ständig Energie brauchen. Nachts verbrauchen Pflanzen also Sauerstoff und geben Kohlenstoffdioxid ab. Auch keimende Kartoffeln im dunklen Keller veratmen Traubenzucker aus der gespeicherten Stärke und gewinnen so die Energie zum Austreiben.
Vervollständige die Wortgleichung der Fotosynthese und die der Zellatmung: a) Kohlenstoffdioxid + Wasser + → Traubenzucker + b) Traubenzucker + → Kohlenstoffdioxid + +…
Vervollständige die Wortgleichung der Fotosynthese und die der Zellatmung:
- a) Kohlenstoffdioxid + Wasser + __ → Traubenzucker + ____
- b) Traubenzucker + __ → Kohlenstoffdioxid + ____ + nutzbare Energie
Eine Schülergruppe der Realschule in Münster stellt eine Wasserpflanze (Wasserpest) in ein Becherglas mit Wasser und beleuchtet sie. Es steigen Gasbläschen auf. a) Nenne…
Eine Schülergruppe der Realschule in Münster stellt eine Wasserpflanze (Wasserpest) in ein Becherglas mit Wasser und beleuchtet sie. Es steigen Gasbläschen auf.
- a) Nenne das Gas, das in den Bläschen überwiegend enthalten ist, und beschreibe, wie man es nachweisen kann.
- b) Erkläre, was sich an der Gasbildung ändert, wenn die Lampe weiter weggestellt wird.
- c) Begründe, warum die Pflanze auch im Dunkeln Sauerstoff verbraucht.
Die beiden Vorgänge gegenübergestellt
Beide Vorgänge hängen über Stoffe und Energie zusammen. Die Produkte des einen sind die Ausgangsstoffe des anderen.
| Fotosynthese | Zellatmung | |
|---|---|---|
| Ort | Chloroplasten | Mitochondrien |
| Lebewesen | grüne Pflanzen, Algen | alle Lebewesen (auch Pflanzen) |
| Zeit | nur bei Licht | immer |
| Ausgangsstoffe | Kohlenstoffdioxid, Wasser | Traubenzucker, Sauerstoff |
| Endprodukte | Traubenzucker, Sauerstoff | Kohlenstoffdioxid, Wasser |
| Energie | Lichtenergie wird aufgenommen und chemisch gebunden | chemisch gebundene Energie wird frei (nutzbare Energie, Wärme) |
| Stoffbilanz | Aufbau | Abbau |
Die Gleichungen sehen wie Umkehrungen aus. Stoffe und Energieformen stimmen tatsächlich überein. Aber es sind keine einfachen Umkehrungen: Die Vorgänge laufen an verschiedenen Orten (Chloroplast, Mitochondrium) und unter verschiedenen Bedingungen (Licht nötig oder nicht) ab. Außerdem können nur grüne Pflanzen Fotosynthese betreiben.
Wozu dann beide in der Pflanze? Die Fotosynthese liefert den energiereichen Stoff, die Zellatmung macht ihn nutzbar, auch dort, wo kein Chlorophyll ist, zum Beispiel in Wurzeln, Knollen und nachts.
Ordne die folgenden Aussagen der Fotosynthese, der Zellatmung oder beiden Vorgängen zu: Es wird Sauerstoff freigesetzt. Es wird Kohlenstoffdioxid aufgenommen. Der…
Ordne die folgenden Aussagen der Fotosynthese, der Zellatmung oder beiden Vorgängen zu:
-
Es wird Sauerstoff freigesetzt.
-
Es wird Kohlenstoffdioxid aufgenommen.
-
Der Vorgang findet in den Mitochondrien statt.
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Der Vorgang findet in den Chloroplasten statt.
-
Der Vorgang läuft in Pflanzenzellen ab.
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Lichtenergie wird benötigt.
Beschreibe die Energieumwandlungen bei der Fotosynthese und bei der Zellatmung. Gib jeweils an, welche Energieform aufgenommen und welche Energieform gespeichert oder…
Beschreibe die Energieumwandlungen bei der Fotosynthese und bei der Zellatmung. Gib jeweils an, welche Energieform aufgenommen und welche Energieform gespeichert oder freigesetzt wird.
Tag, Nacht und Kreislauf
Ein Blatt macht am Tag beides gleichzeitig. Misst man den Gasaustausch, sieht man nur die Bilanz:
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Bei hellem Licht ist die Fotosynthese größer als die Zellatmung. Das Blatt nimmt netto Kohlenstoffdioxid auf und gibt netto Sauerstoff ab.
-
In der Dämmerung nimmt die Fotosynthese ab. Es gibt einen Zeitpunkt, an dem beide Vorgänge gleich stark sind: Aufnahme und Abgabe heben sich auf, netto passiert nichts.
-
Nachts läuft nur die Zellatmung. Das Blatt gibt netto Kohlenstoffdioxid ab.
Warum ist das ein Kreislauf? Der Kohlenstoff wandert von der Luft (CO₂) in den Traubenzucker und wieder zurück in die Luft. Sauerstoff wird bei der Fotosynthese gebildet und bei der Zellatmung verbraucht. In diesem Sinn sind beide Gegenspieler. Ein Tier frisst Pflanzen und atmet den Zucker wieder zu Kohlenstoffdioxid ab.
Ein geschlossenes Aquarium zeigt das: Am späten Nachmittag ist der Sauerstoffgehalt am höchsten (den ganzen Tag Fotosynthese), vor Sonnenaufgang am niedrigsten (nachts nur Zellatmung von Pflanzen, Schnecken und Fischen). Im dauerhaft dunklen, geschlossenen Aquarium wird der Sauerstoff nach und nach aufgebraucht, weil keine Pflanze mehr Sauerstoff herstellt und alle Lebewesen ihn verbrauchen. Die Fische würden deshalb ersticken. Außerdem fehlte Nahrung.
Eine Buche im Teutoburger Wald wird über 24 Stunden untersucht. Tagsüber nimmt ein Blatt netto Kohlenstoffdioxid auf, nachts gibt es Kohlenstoffdioxid ab. a) Erkläre,…
Eine Buche im Teutoburger Wald wird über 24 Stunden untersucht. Tagsüber nimmt ein Blatt netto Kohlenstoffdioxid auf, nachts gibt es Kohlenstoffdioxid ab.
- a) Erkläre, warum tagsüber trotz Zellatmung netto Kohlenstoffdioxid aufgenommen wird.
- b) Beschreibe, wie sich die Nettoaufnahme von Kohlenstoffdioxid in der Dämmerung verändert, und erkläre den Zeitpunkt, an dem Aufnahme und Abgabe gleich groß sind.
- c) Beurteile die Aussage: „Pflanzen betreiben Fotosynthese, Tiere betreiben Zellatmung."
Ein geschlossenes Aquarium (Wasserpflanzen, Schnecken, Fische) steht an einem Fenster in Bochum. Der Sauerstoffgehalt des Wassers schwankt im Tagesverlauf: Er ist am…
Ein geschlossenes Aquarium (Wasserpflanzen, Schnecken, Fische) steht an einem Fenster in Bochum. Der Sauerstoffgehalt des Wassers schwankt im Tagesverlauf: Er ist am späten Nachmittag am höchsten und kurz vor Sonnenaufgang am niedrigsten.
- a) Erkläre diesen Verlauf.
- b) Begründe, warum die Fische in einem dauerhaft abgedunkelten Aquarium nach einiger Zeit sterben würden.
- c) Erkläre, warum Fotosynthese und Zellatmung als Gegenspieler im Stoffkreislauf bezeichnet werden können, und nenne einen Unterschied, der dies einschränkt.
Ein Schüler behauptet: „Die Zellatmung ist einfach die Umkehrung der Fotosynthese, deshalb bringt es nichts, wenn Pflanzen beides machen." a) Vergleiche die…
Ein Schüler behauptet: „Die Zellatmung ist einfach die Umkehrung der Fotosynthese, deshalb bringt es nichts, wenn Pflanzen beides machen."
- a) Vergleiche die Wortgleichungen beider Vorgänge und stelle heraus, in welchem Sinne die Behauptung zutrifft.
- b) Widerlege den Schluss, es bringe nichts, indem du die Funktion beider Vorgänge für die Pflanze erläuterst.
- c) Nenne zwei Unterschiede zwischen beiden Vorgängen, die die Behauptung „einfache Umkehrung" einschränken.
Zurück zum Anfang: Die Masse der Kartoffelpflanze stammt vor allem aus Kohlenstoffdioxid und Wasser, die per Fotosynthese zu Traubenzucker und Stärke werden. Ein Teil davon wird in der Zellatmung für die Energie der Pflanze verbraucht.
Auf einen Blick
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Fotosynthese: Kohlenstoffdioxid + Wasser → Traubenzucker + Sauerstoff, mit Lichtenergie, in den Chloroplasten.
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Zellatmung: Traubenzucker + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid + Wasser + nutzbare Energie, in den Mitochondrien.
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Fotosynthese wandelt Lichtenergie in chemisch gebundene Energie um, die Zellatmung setzt sie wieder frei.
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Zellatmung läuft in allen Lebewesen rund um die Uhr, Fotosynthese nur in grünen Pflanzen bei Licht.
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Beide Vorgänge sind über Stoffe verbunden (Kreislauf), aber keine einfachen Umkehrungen.