Aufgabe C 2 Licht und Leben
Das Leben auf der Erde hängt entscheidend von der Biomasseproduktion grüner Pflanzen ab. Im 20. Jahrhundert wurden zahlreiche Experimente zur Aufklärung der Photosynthese durchgeführt.
1. Robert Emerson veröffentlichte 1929 die
Resultate einer Untersuchung an Blättern zum Ablauf der Photosynthese. Die folgende Abbildung zeigt die
Ergebnisse zweier
Messreihen, in denen die Abhängigkeit der
Photosyntheserate von der Temperatur bei
unterschiedlichem
Chlorophyllgehalt bestimmt wurde. Alle übrigen
Versuchsparameter waren optimal und wurden während
der Experimente konstant gehalten.
Vergleichen Sie den Verlauf beider Messkurven und erläutern Sie Ihre Aussagen im Hinblick auf den grundsätzlichen
Ablauf der Photosynthese!
10BE
2. Bei der Aufklärung des Calvinzyklus leistete die 14C- Tracer-Methode wertvolle Hilfe.
Als Versuchsobjekte dienten einzellige Grünalgen der Gattung Chlorella. Die Zellen wurden in drei Versuchsansätzen mit 14CO2
kultiviert und nach 0,2 s, 0,5 s bzw. 60 s abgetötet. Anschließend wurden Zellextrakte hergestellt und deren Inhaltsstoffe durch zweidimensionale
Chromatographie getrennt. Die jeweiligen Chromatogramme wurden auf Röntgenfilme gelegt.
In Abbildung 2 sind die drei entwickelten Röntgenfilme dargestellt:
Ordnen Sie den Substanzflecken Nr. 10 und 11 Substanzen des Calvinzyklus zu, begründen Sie Ihre Aussage und erklären sie, weshalb die Zahl der Substanzflecken im Chromatogramm/Röntgenfilm 3 größer ist als in Chromatogramm/Röntgenfilm 2! 8 BE 3. Chloroplasten enthalten neben Chlorophyll auch andere Farbstoffe wie zum Beispiel Lutein.
Abb. 3: Strukturformel von Lutein
3.1. Die folgenden Abbildungen zeigen das Absorptionsspektrum von Lutein sowie den Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Farbempfindung des Lichtes. Zudem ist ein so genannter Farbkreis abgebildet. Leiten Sie mithilfe dieser Angaben die Farbe von Lutein ab! 4 BE
3.2. Die folgende Abbildung zeigt den schematischen Aufbau eines Chloroplasten:
Abb. 7: Schematischer Aufbau eines Chloroplasten
Wie alle Biomembranen besteht das Grundgerüst dieser Thylakoid-membranen aus einer Doppelschicht verschiedener Phospholipide. Die folgende Abbildung zeigt die Struktur eines solchen Phospholipids:
Thylakoidmemembran Wässrige Matrix
Erläutern Sie
anhand der
Molekülstruktur, wie Phospholipide in der Thylakoidmembran angeordnet sind, und leiten Sie ab, ob Lutein ein Bestandteil der Thylakoidmembran ist oder in der wässrigen Matrix des Chloroplasten gelöst ist! 7 BE
4. Porphyrine sind Gegenstand intensiver Forschung, da sie Bestandteil einer ganzen Reihe biologisch wichtiger Moleküle, z.B. von Chlorophyll sind. Derzeit ist man daran interessiert, in Wasser gut lösliche Porphyrine herzustellen, mit denen man unter zellphysiologischen Bedingungen Untersuchungen durchführen kann. So werden bestimmte Porphyrine (s.Abb. 9) zur Erhöhung der Wasserlöslichkeit an ein Monosaccharid geknüpft. Das entstandene Produkt zeigt keine Mutarotation.
4.1. Formulieren Sie für die Reaktion zwischen dem Porphyrin, dessen Strukturformel in Abb. 9 dargestellt ist, und Fructose eine Strukturformelgleichung!
Stellen Sie hierbei die Fructofuranose in der Haworth-Projektion dar und benennen Sie den Bindungstyp! An der Reaktion nicht beteiligte Molekülbestandteile des Porphyrins
können mit R abgekürzt werden. 5 BE
4.2. Erklären Sie das Phänomen der Mutarotation und erläutern Sie, weshalb es in
diesem Fall nicht zu beobachten ist! 6
BE
40 BE
