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Autotrophie

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Autotrophie

Autotrophie (aus dem altgriech.= Selbsternährung) ist eine Ernährungsform. Autotrophe Organismen können also aus anorganischen Stoffen organische Stoffe selbst herstellen. Dafür benötigen sie Energie, die entweder aus Licht oder chemischer Energie kommt. Organismen, die autotroph sind, können sich selbst ernähren.

Autotrophe Lebewesen sind Primärproduzenten. Das bedeutet, sie können ihre Energie aus anorganischen Stoffen ziehen und organische Stoffe daraus aufbauen. Organische Stoffe sind beispielsweise Fette, Proteine oder Kohlenhydrate. Im Energiekreislauf ernähren sich Primärkonsumenten dann von den Primärproduzenten, weil Konsumenten nicht die Fähigkeit haben, selbst aus anorganischem Material Organisches herzustellen.

Formen der Autotrophie

Die Bezeichnung "selbsternährend" bezieht sich meist auf die Kohlenstoffquelle. Es gibt aber auch Organismen, die in Bezug auf andere Stoffe autotroph sind.

Da der Prozess der Autotrophie Energie benötigt, wird nach Energiequellen unterschieden:

  1. Photoautotrophe Organismen benötigen Licht als Energiequelle.
  2. Chemoautotrophe Lebewesen nutzen chemische Stoffe als Energiequelle.

1. Photoautotroph

Photoautotrophie ist eine Form der Autotrophie. Dabei wird Licht als Energiequelle genutzt, um aus anorganischen Stoffen Organische herzustellen und sich somit selbst zu ernähren.

Fotosynthese

Photoautotrophe Organismen können mithilfe von Lichtenergie Zucker beziehungsweise Kohlenhydrate herstellen.

Alle photoautotrophen Organismen wandeln mithilfe chlorophyllhaltiger Lichtsysteme Lichtenergie in ATP um. ATP wird benötigt, um dann organische Stoffe aus anorganischen herzustellen. Sie nehmen Wasser und Kohlenstoffdioxid auf und wandeln sie durch spezifische Stoffwechselwege und mithilfe von Lichtenergie in Glucose und Sauerstoff um.

Sauerstoff ist hierbei ein Nebenprodukt, das über die Spaltöffnungen an der Blattunterseite an die Umwelt abgegeben wird. Diesen können Tiere wiederum zur Atmung benutzen. Aus diesem Grund sind photoautotrophe Organismen Primärproduzenten im Stoffwechselkreislauf des Ökosystems.

Fotosynthese findet vor allem bei Pflanzen, aber auch bei Cyanobakterien und Algen statt.

Autotrophie, Schema der Photoautotrophie, StudySmarterAbbildung 1: Schema der Photoautotrophie;Quelle: www.biologie-seite.de

2. Chemoautotrophie

Chemoautotrophe Organismen oxidieren anorganische Stoffe und stellen daraus organische Stoffe her. Dazu benötigen sie im Gegensatz zu photoautotrophen Lebewesen kein Licht. Chemoautotrophie ist eine besondere Form der Chemotrophie, da ausschließlich anorganische Stoffe mittels chemischer Energie zur Energiegewinnung genutzt werden. Deshalb kann es auch als Lithotrophie oder Chemolithotrophie bezeichnet werden.

Das Chlorophyll brauchen sie nicht, da ohnehin kein Licht auf die Pigmente fallen könnte. Stattdessen oxidieren sie Schwefel, Eisen oder Nitrit. Chemoautotrophe Organismen verwenden diese chemischen Verbindungen, um Kohlenstoffdioxid zu fixieren und organische Verbindungen aufzubauen.

Diese Lebewesen können als lithotroph, chemolithotroph, chemoauotroph oder chemolithoautotroph bezeichnet werden. Aus diesem Grund können sie auch an Orten leben, wo kein Licht hinfällt, wie zum Beispiel in der Tiefsee, in Böden oder in vulkanischen Gebieten. Eine Gemeinsamkeit solcher Lebewesen ist, dass sie alle chlorophyllfreie Bakterien sind. Sie spielen im Stickstoffkreislauf eine wichtige Rolle.

Zu den chemoautotrophen Organismen gehören Bakterien, Archaeen, Schwefelbakterien, Nitrifizierer und Methanbildner.

Autotrophie, Schema der Chemoautotrophie, StudySmarter

Abbildung 2: Schema der Chemoautotrophie;
Quelle: biologie-seite.de

Typische Mechanismen für autotrophe Organismen

Autotrophe Organismen verwenden für die Herstellung organischen Materials meist Kohlenstoffdioxid. Diesen fixieren sie im Calvin-Zyklus, der bei vielen Autotrophen abläuft. Einige haben aber auch andere Wege, Kohlenstoff zu binden:

  • Reduktiver Citrat-Zyklus
  • Carboxylierung von Pyruvat bei der Gluconeogenese
  • Acetyl-CoA-Weg.

Heterotrophie als Gegenstück

Heterotrophie ist das Gegenstück zur Autotrophie. Heterotrophe Lebewesen verwenden bereits vorhandene, organische Stoffe, um sie in körpereigene Stoffe umzuwandeln oder Energie zu erhalten. Somit können sie sich im Sinne der Autotrophie nicht selbst ernähren.

Sie sind nicht in der Lage, aus Licht Energie zu gewinnen oder sich ausschließlich von anorganischen Stoffen zu ernähren, indem sie diese zu Organischen oxidieren.

Vertreter der Heterotrophie sind Menschen, Tiere, Pilze, Bakterien und Archaeen.

Heterotrophe Organismen wandeln organische Verbindungen in andere organische Verbindungen um. Sie sind entweder Konsumenten oder Destruenten. Menschen ernähren sich also heterotroph, weil sie Pflanzen und Tiere essen, von denen sie organische Stoffe für den Stoffwechsel nutzen.

Destruenten wandeln organisches Material zu anorganischen Stoffen um. Sie werden auch Zersetzer oder (Re-) Mineralisierer genannt. Das sind beispielsweise Schnecken, Asseln oder Würmer.

Autotrophie - Das Wichtigste

  • Autotrophie bedeutet Selbsternährung.
  • Autotrophe Lebewesen ernähren sich selbst, indem sie anorganische Stoffe in energiereiche, organische Verbindungen umwandeln.
  • Man unterscheidet zwei Unterformen der Autotrophie: Photoautotrophie und Chemoautotrophie.
  • Photoautotroph sind alle Lebewesen, die Fotosynthese betreiben können. Sie benötigen außer anorganischem Material noch Licht für ihre Stoffwechselprozesse.
  • Chemoautotrophe Organismen können ohne Licht aus anorganischen Stoffen Organische herstellen. Sie ziehen ihre Energie aus chemischen Verbindungen.
  • Das Gegenstück zur Autotrophie ist Heterotrophie. Heterotrophe Lebewesen können sich nicht selbst ernähren beziehungsweise aus anorganischen Stoffen organische Verbindungen herstellen (zum Beispiel Menschen).

Häufig gestellte Fragen zum Thema Autotrophie

Autotrophie ist eine Ernährungsform. Es leitet sich aus dem Altgriechischem ab und bedeutet Selbsternährung. Autotrophe Organismen können also aus anorganischen Stoffen organische Stoffe selbst herstellen. Dafür benötigen sie Energie, die sie entweder von Licht oder chemischer Energie bekommen.

Organismen, die autotroph sind, sind chlorophyllreiche Lebewesen wie Pflanzen, Cyanobakterien und Algen, so wie chlorophyllfreie Bakterien, die in der Tiefsee, Böden und in vulkanischen Gebieten leben. All diese Organismen können anorganische Stoffe in organische, energiereiche Stoffe umwandeln.

Fast alle Pflanzen sind autotroph. Eine Ausnahme ist die Geißelalge Euglena und die sogenannten fleischfressenden Pflanzen, die sowohl Fotosynthese betreiben können als auch heterotroph organische Verbindungen zur Ernährung aufnehmen können. Grundsätzlich gilt, dass alle grünen Pflanzen autotroph sind.

Autotroph bedeutet, dass Organismen anorganische Stoffen in organische, energiereiche Stoffe zur Selbsternährung umwandeln können. Heterotrophe Lebewesen können sich nicht selbst ernähren und müssen andere Lebewesen essen, um organische Verbindungen aufzunehmen. Sie wandeln organische Stoffe also in andere organische Verbindungen um.

Finales Autotrophie Quiz

Frage

Welche Aussagen treffen auf C3-Pflanzen zu?

Antwort anzeigen

Antwort

Die meisten Pflanzen sind C3-Pflanzen

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Frage

Welche Faktoren beeinflussen die Photosyntheseleistung einer Pflanze? (Nenne mind. 5)

Antwort anzeigen

Antwort

Mögliche Antworten:

-Kohlenstoffdioxid-Konzentration der Umgebung

-Lichtintensität 

-Temperatur

-Wasserversorgung 

-Chlorophyllgehalt 

-Mineralstoffversorgung


Die genannten Faktoren können sich natürlich gegenseitig teilweise bedingen.

Außerdem ist an dieser Stelle das Liebig´sche Minimumgesetz zu erwähnen, dem zufolge die Leistung der Pflanze prinzipiell von dem Faktor begrent wird, der im Minimum, bzw. am nächsten am Minimum vorliegt. Beispielsweise würde eine zu geringe Wasserversorgung die Photosyntheseleistung bei sonst optimalen Bedingungen limitieren oder sogar auf Null herabsenken.

Frage anzeigen

Frage

Welche Teilprozesse gehören zur Lichtreaktion?

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Antwort

Zyklischer Elektronentransport

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Frage

Welches Pigment ist am meisten bei der lichtabhängigen Reaktion der Photosynthese beteiligt?

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Antwort

Chlorophyll A

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Frage

Wie erfolgt bei der Lichtreaktion die ATP-Synthese?

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Antwort

Durch die Photolyse des Wassers und durch zusätzlich aus dem Matrixraum in den Thylakoidinnenraum transportierte H+Ionen bildet sich im Thylakoidinnenraum ein Protonenüberschuss. Die Protonen wandern aufgrund des Protonengradienten durch die ATP-Synthase in den Matrixraum und dabei wird ATP gebildet.

Frage anzeigen

Frage

In welchen Zellorganellen findet 

die Photosynthese statt?

Antwort anzeigen

Antwort

Chloroplasten

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Frage

Was versteht man unter Lichtsättigungspunkt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Lichtsättigungspunkt ist die Lichtstärke bei der die Photosyntheserate maximal abläuft und durch eine weitere Erhöhung der Lichtstärke nicht mehr gesteigert werden kann.

Frage anzeigen

Frage

Welche Gewebe findet man in Blättern?

Antwort anzeigen

Antwort

Epidermis

Frage anzeigen

Frage

Was findet man in Chloroplasten?

Antwort anzeigen

Antwort

Stroma

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Frage

Was versteht man unter Photosyntheserate?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Photosyntheserate ist die Menge der gebildeten Photosyntheseprodukte (Sauerstoff und Stärke) bezogen auf eine bestimmte Menge Pflanzenmasse oder Blattfläche und eine bestimmte Zeit.

Frage anzeigen

Frage

Die Photosyntheserate ist für bestimmte Blatttypen unterschiedlich. Generell unterscheidet man zwei Typen:

Schattenblätter und Sonnenblätter (Lichtblätter)

Nennen Sie drei Unterschiede für diese zwei Blatttypen!

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Antwort

1. Schattenblätter sind großflächiger als Sonnenblätter.

2. Schattenblätter sind dünner als Sonnenblätter.

3. Sonnenblätter haben ein stärker ausgeprägtes Palisadengewebe.

4. Der Lichtsättigungspunkt von Schattenblättern liegt bei geringerer Lichtstärke als der Lichtsättigungspunkt von Sonnenpflanzen.

Frage anzeigen

Frage

Pflanzen betreiben neben der Photosynthese auch Atmung. Was versteht man unter dem Lichtkompensationspunkt?

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Antwort

Der Lichtkompensationspunkt ist die Lichtstärke, bei der pro Zeiteinheit genauso viel CO2 durch die Photosyntheserate verbraucht wird wie durch die Atmung gebildet wird bzw. genauso viel Sauerstoff durch die Photosyntheserate gebildet wird, wie durch die Atmung verbraucht wird.

Frage anzeigen

Frage

Die Photosynthese besteht aus den zwei Teilvorgängen Dunkelreaktion und Lichtreaktion. Wo laufen die beiden Reaktionen im Chloroplasten ab?

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Antwort

Die Dunkelreaktion findet in der Matrix (Stroma) statt. Die Lichtreaktion läuft in der Thylakoidmembran ab.

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Frage

Wo findet der Calvin-Zyklus statt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Calvin-Zyklus findet im Stroma der Chloroplasten statt.

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Frage

Wie wird der Calvin-Zyklus auch genannt?

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Antwort

  • Calvin-Benson-Zyklus
  • Ribulosebisphosphatzyklus
Frage anzeigen

Frage

Zu welchem Teil der Photosynthese gehört der Calvin-Zyklus?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Calvin-Zyklus gehört zum 2. Teil der Photosynthese bzw. zur Dunkelreaktion.

Frage anzeigen

Frage

Zu welchem Teil der Fotosynthese gehört der Calvin-Zyklus?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Calvin-Zyklus gehört zum 2. Teil der Fotosynthese bzw. zur Dunkelreaktion.

Frage anzeigen

Frage

Begründe, warum der Begriff lichtunabhängige Reaktion nicht ganz korrekt ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Calvin-Zyklus an sich ist zwar lichtunabhängig. Allerdings werden Produkte aus der lichtabhängigen Reaktion benötigt, damit der Calvin-Zyklus überhaupt ablaufen kann. Daher ist der Calvin-Zyklus indirekt lichtabhängig.

Frage anzeigen

Frage

In welche Phasen wird der Calvin-Zyklus eingeteilt?

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Antwort

  1. Kohlenstoff-Fixierung

  2. Reduktion

  3. Regeneration

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Frage

Wie heißt das Ausgangs-, End- und Akzeptormolekül des Calvin-Zyklus?

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Antwort

Ribulose-1,5-Bisphosphat (RuBP) 


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Frage

Wie viele der gewonnen Glycerinaldehyd-3-phosphate (GAPs) werden zur Zuckerherstellung aus dem Zyklus geschleust?

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Antwort

Es wird 1/6 der Glycerinaldehyd-3-phosphate (GAPs) aus dem Zyklus geschleust, um Kohlenhydrare (Zucker) herzustellen.

Frage anzeigen

Frage

Welches Molekül wird aus dem Calvin-Zyklus geschleust, um daraus Zucker herzustellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP) oder auch

3-Phosphoglycerinsäure (3-PGS) genannt.

Frage anzeigen

Frage

Wo findet die Lichtreaktion statt?

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Antwort

Reaktionsort sind die Thylakoidmembranen in den Chloroplasten.


Frage anzeigen

Frage

Nenne die Voraussetzungen für die Lichtreaktion der Fotosynthese.

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Antwort

  1. Licht, bzw. Sonnenlicht in einem Bereich von 400-700nm
  2. Pigmentmoleküle wie Chlorophyll, die die Lichtenergie aufnehmen können
  3. Wasser wird ebenfalls benötigt und wird an Photosystem II gespalten. Hierbei entsteht Sauerstoff als Nebenprodukt, was in die Umwelt abgegeben wird.
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Frage

Wie heißt das Spezielle Paar von Fotosystem I und II und welches gehört zu welchem Fotosystem. Gib auch an, welches energiereicher ist.

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Antwort

Das Spezielle Paar von Fotosystem II heißt P680. Das Spezielle Paar von Fotosystem I heißt P700 und hat ein höheres Energieniveau als P680.

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Frage

Was passiert bei der Fotolyse des Wassers?

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Antwort


An Fotosystem II findet die Fotolyse bzw. die Spaltung von Wasser statt. Dabei wird Wasser an einem Mangan-Komplex an Fotosystem II in Sauerstoff, Wasserstoffionen und Elektronen gespalten.

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Frage

Wie viele Elektronen entstehen bei der Fotolyse von einem Wasser-Molekül?

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Antwort

Es entstehen 2 freie Elektronen bei der Spaltung von einem Wasser-Molekül.

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Frage

Was passiert bei der Elektronentransportkette der Lichtreaktion?

Antwort anzeigen

Antwort

Freigegebene Elektronen von Fotosystem II werden auf einen primären Akzeptor übertragen. Dieser Akzeptor gibt die Elektronen an das Protein Plastochinon weiter. Das Plastochinon gibt sie weiter an den Cytochrom-b/f-Komplex. Der Cytochrom-Komplex gibt die Elektronen wiederum an das kupferhaltiges Protein Plastocyanin weiter. Während Elektronen von Protein zu Protein übertragen wird, sinkt das Energieniveau. Dabei wird Energie frei, die zum Teil dafür genutzt wird, um Protonen bzw. Wasserstoffionen aus dem Stroma mittels eines Transportproteins in den Thylakoidinnenraum zu pumpen.

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Frage

Welche Aufgabe hat die ATP-Synthase?

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Antwort

Die ATP-Synthase erzeugt mittels dem Konzentrationsgradienten von Wasserstoffionen ATP. Im Innenraum des Thylakoids befindet sich mehr Wasserstoff als im Stroma. Die Wasserstoffionen diffundieren durch die ATP-Synthase in das Stroma. Dabei wird Energie frei, die dazu genutzt wird, um ADP und P miteinander zu ATP zu verbinden.

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Frage

Wie ensteht der Konzentrationsgradient an der Thylakoidmembran bei der Lichtreaktion?

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Antwort

  1. Bei der Fotollyse des Wassers im Thylakoidinnenraum sammeln sich Wasserstoffionen.
  2. Während der Elektronentransportkette an der Membran wird Energie frei, die unter anderem dazu genutzt wird, um über Proteine Wasserstoffionen in den Innenraum eines Thylakoids zu befördern.
Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet Phosphorylierung?

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Antwort

Phosphorylierung bedeutet lichtgesteuerte Synthese von ATP.

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Frage

Was zeigt das Z-Schema der Lichtreaktion?

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Antwort

Das Z-Schema ist ein Energie-Diagramm, das den Elektronentransport bei der Lichtreaktion anzeigt.

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Frage

Auf was musst du beim Zeichnen des Z-Schemas der Lichtreaktion besonders achten?

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Antwort

  • y-Achse, die das Energieniveau anzeigt
  • Energieniveau der Fotolyse von Wasser steht über dem des Fotosystem II
  • P700 hat ein höheres Energienieveau als P680
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Frage

Gib eine kurze Definition von der Chemosynthese wieder.

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Antwort

Chemosynthese ist eine Form des Energiestoffwechsels ohne Licht, wobei chlorophyllfreie Prokaryoten anorganische Stoffe in organische umwandeln, um Energie zur Selbsternährung zu erzeugen.

Frage anzeigen

Frage

Welche Lebewesen betreiben Chemosynthese?

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Antwort

Chlorophyllfreie Prokaryoten können Chemosynthese betreiben.

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Frage

Welche Gemeinsamkeiten haben die Chemosynthese und die Fotosynthese?

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Antwort

  • Herstellung von ATP und NAPDH +H+
  • Calvin-Zyklus


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Frage

Welche Unterschiede bestehen zwischen der Chemosynthese und der Fotosynthese?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Die Chemosynthese benötigt keine Lichtenergie, die Fotosynthese hingegen schon. Bei der Chemosynthese finden stattdessen Oxidationen von anorganischen Stoffen statt.
  • Die Chemosynthese kommt in cholorphyllfreien Lebewesen und die Fotosynthese in chlorophyllhaltigen Organismen vor.
  • Reaktionsort der Chemosynthese ist das Cytoplasma. Bei der Fotosynthese finden die Prozesse in den Chloroplasten statt.




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Frage

​Was sind "Schwarze Raucher"?

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Antwort

Schwarze Raucher sind Öffnungen am Meeresgrund in der Tiefsee, aus denen heißes Wasser und Schwefelwasserstoff herausschießt.

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Frage

Was ist das Substrat der nitrifizierenden Bakterien?

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Antwort

Ammoniak bzw. Ammonium

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Frage

Durch welche Bakteriengruppen oxidieren nitrifizierende Bakterien ihr Substrat zu Nitrat?

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Antwort

Nitrosomonas katalysieren den ersten Reaktionssschritt. Danach oxidieren Nitrobacter Stickstoffdioxid zu Nitrat.

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Frage

Wo kommen Eisenbakterien bzw. Manganbakterien vor?

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Antwort

Eisenbakterien kommen in Sumpfen, Tümpeln und eisenhaltigem Gewässer vor.

Manganbakterien kommen in sauren, aquatischen Bodenhabitaten und mangan- und eisenhaltigem Wasser vor.

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Frage

Gib 3 Funktionen, die das Ökosystem betreffen, chemotropher Bakterien an.

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Antwort

  • natürliche Abwasserreinigung
  • Abbau von giftigen Stoffen
  • Anreicherung von Mineralstoffen im Boden
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Frage

Gib eine kurze Definition von Autotrophie an.

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Antwort

Autotrophie ist eine Ernährungsform. Es leitet sich aus dem altgriechischem ab und bedeutet Selbsternährung. Autotrophe Organismen können also aus anorganischen Stoffen organische Stoffe selbst herstellen. Dafür benötigen sie Energie, die sie entweder von Licht oder chemischer Energie bekommen.


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Frage

Was bedeutet Autotrophie übersetzt?

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Antwort

Autotrophie bedeutet Wort wörtlich Selbsternährung und leitet sich von den altgriechischen Wörtern autos = „selbst“ und trophe = „Ernährung“ ab.

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Frage

Welche Formen der Autotrophie gibt es?

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Antwort

Es gibt 2 Formen der Autotrophie:


  1. Photoautotrophie
  2. Chemoautotrophie
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Frage

Beschreibe kurz die Merkmale der Photoautotrophie.

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Antwort

  • Photoautotrophe Organismen können mithilfe von Lichtenergie Zucker bzw. Kohlenhydrate herstellen. 
  • Alle Lebewesen, die Fotosynthese betreiben können, sind photoautotroph.
  • Alle photoautotrophen Organismen wandeln mithilfe chlorophyllhaltiger Lichtsysteme Lichtenergie in ATP um.
  • Pflanzen nehmen Wasser und Kohlenstoffdioxid auf und wandeln sie durch spezifische Stoffwechselwege und mithilfe von Lichtenergie in Glucose und Sauerstoff um.
  • Licht als zentrale Energiequelle


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Frage

Beschreibe kurz die Merkmale der Chemoautotrophie.

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Antwort

  • Chemoautotrophe Organismen oxidieren anorganische Stoffe zu stellen daraus organische Stoffe her. 
  • Es wird kein Licht benötigt.
  • Daher leben chemotrophe Organismen an extremen Orten, wo kein Licht hinfällt.
  • Chemosynthese können alle chlorophyllfreien Bakterien betreiben.
  • oxidieren sie Schwefel, Eisen oder Nitrit
  • Es werden ausschließlich anorganische Stoffe mittels chemischer Energie zur Energiegewinnung genutzt.
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Frage

Was sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Photoautotrophie und Chemoautotrophie?

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Antwort

  • Für Photoautotrophie wird Licht benötigt, für Chemoautotrophie nicht.
  • Photoautotrophe Organismen haben Lichtsysteme mit Lichtsammelkomplexen.
  • Chemoautotrophe Organismen oxidieren anorganischen Stoffe zu Organischen.


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Frage

Welche Mechanismen sind für autotrophe Organismen typisch?

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Antwort

  • verwenden Kohlenstoffdioxid
  • Calvin-Zyklus
  • Reduktiver Citrat-Zyklus
  • Carboxylierung von Pyruvat bei der Gluconeogenese und
  • Acetyl-CoA-Weg.
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Frage

Was ist Heterotrophie?

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Antwort

Heterotrophie ist das Gegenstück zur Autotrophie. Heterotrophe Lebewesen verwenden bereits vorhandenes organische Stoffe, um sie in körpereigene Stoffe umzuwandeln oder Energie zu erhalten.  Sie können sich also nicht selbst ernähren. Heterotrophe Organismen wandeln organische Verbindungen in andere organische Verbindungen um.

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