Lernmaterialien für Botanik an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf

Unter der Epidermis liegt das sogenannte Palisadenparenchym. Hier befinden sich die meisten Chloroplasten.

Das Palisadenparenchym ist der Hauptort der Photosynthese. 

Die Zellen des Palisadenparenchyms haben eine längliche Form und sind zu einer Fläche angeordnet.

Der Sauerstoff (6 O2) kommt aus dem Wasserspaltungskomplex der an dem Photosystem II sitzt, sprich aus dem Wasser.

2 H2O -> O2 + 4 H + + 4 e-

(Wasser als Elektronenlieferant -> Photolyse des Wassers -> O2 entsteht)

Im normalen Verlauf -  der nicht zyklischen Lichtreaktion:

Lichtenergie wird zur Spaltung (Oxidation) von Wasser genutzt. 

Aus einem Wassermolekül entstehen 

• molekularer Sauerstoff, 
• zwei Wasserstoffprotonen
• zwei Elektronen.

H2O -> 1/2 O2 + 2 e– + 2 H+

Es erfordert zwei unterschiedliche Photosysteme, die hintereinander geschaltet sind. 

Die Elektronentransportkette in der Thylakoidmembran transportiert die Elektronen und überträgt sie auf das Elektronencarrier-Molekül NADP+. 

Es handelt sich um eine Folge von Redoxreaktionen, bei denen viel Energie frei wird (=exergonisch). 

Ein Teil dieser freien Energie nutzt die ATP-Synthase am Ende der Elektronentransportkette, um ATP herzustellen.

• Komplexes Gewebesystem
• Funktion: Substanztransport
• Xylem: Ferntransport von Wasser und Nährsalzen
 Tracheiden : Wasser und Nährsalztransport,
Stützfunktion
 Tracheen: (Angiospermen) Wasser und Nährsalztransport
 Xylemparenchym: Speicherung (direkt um andere herum)
 Xylemfasern: Stützfunktion, da diese Funktion sonst fehlt
• Phloem: Assimilat Transport

Assimilattransport
 Siebröhren und Gleitzellen (Angiospermen): Assimilattrasport
 Phloemparenchym: Speicherung
 Phloemfasern: Stützen

Grundgewebe

Leitgewebe

Abschlussgewbe

Ein Glucose-Molekül besteht aus 6 Kohlenstoffatomen -> 6 Kohlenstoffdioxid-Moleküle benötigt werden. 

Dafür sind 6 Umdrehungen des Calvin-Zyklus notwendig und ein Energieaufwand von 18 ATP Molekülen und 12 NADPH-Molekülen.

Sowohl die Lichtreaktion als auch die Dunkelreaktion finden in den Chloroplasten in pflanzlichen Zellen statt.  

Die Dunkelreaktion läuft im Stroma der Chloroplasten ab. 

Darin liegen einzelne Thylakoide, die Stromathylakoide, Ribosomen, DNA und Stärkekörner - können den Zucker (teilweise als Stärke gespeichert) lagern.

Der Ablauf des Calvin-Zyklus hat einen Haken: 

Die Rubisco fixiert nicht nur Kohlendioxid, sondern auch Sauerstoff, je nachdem, was gerade mengenmäßig am meisten vorliegt. 

Das hat zur Folge, dass gerade gebildete C3-Körper wieder „veratmet“ werden (d. h. es wird Sauerstoff verbraucht und CO2 abgegeben, unter „Verbrauch“ des C3-Körpers).

Das Enzym RuBisCO kann Kohlenstoffdioxid fixieren (=Carboxylierung) und Sauerstoff fixieren (=Oxygenierung). 

Dadurch geht dem Calvin-Zyklus ein Kohlenstoffatom „verloren“.

(Es entstehen statt zwei  C3 -Molekülen 3-Phosphoglycerinsäure (PGS), ein Molekül 3-PGS und ein C2 – Molekül (2-Phosphoglycolat)).

Letzteres muss in einem energieaufwendigen Weg in verschiedenen Zellorganellen (Mitochondrien und Peroxisomen ) zu 3-PGS umgewandelt werden. 

Denn nur dieses Molekül kann der Calvin-Zyklus weiter verstoffwechseln. 

Wiederverwertung des Kohlenstoffgerüstes bezeichnet man als Photorespiration oder Lichtatmung.

(Da er ziemlich viel Energie „verschwendet“, versuchen ihn Pflanzen nach Möglichkeit zu vermeiden.)

Besonders an heißen, trockenen Tagen kommt es häufig zur Photorespiration, da die Pflanzen ihre Spaltöffnungen schließen, damit kein Wasser verdunsten kann. 

Dadurch kann aber auch wenig Kohlenstoffdioxid aus der Luft in die Pflanzen gelangen und der Sauerstoffgehalt steigt im Vergleich zum  Kohlenstoffdioxidgehalt. 

Das wiederum führt dazu, dass das Enzym RubisCO auch öfter Sauerstoff an das Akzeptormolekül bindet. 

Die Photosynthese kommt zum Erliegen, durch die Dunkelatmung der Blätter strömt CO2 nach außen und der zur Atmung benötigte Sauerstoff diffundiert in das Blatt. 

In der Bilanz Tag - Nacht wird allerdings mehr CO2 verbraucht als produziert.

In der Membran sind noch weitere Redoxsysteme enthalten, die Elektronen transportieren. 

Sie nehmen die Elektronen jeweils auf und geben sie wieder ab. 

Am Ende der Lichtreaktion ist analog zur Atmungskette ein Kanalprotein – die ATP-Synthase in der Thylakoidmembran integriert, um die Herstellung von ATP zu ermöglichen.