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Karoline Linden
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1 Ökologie ist die gesamte Wissenschaft zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den Organismen untereinander und ihrer Umwelt. Definitionen Biosphäre Gesamtheit aller Ökosysteme auf der Erde Ökosystem besteht aus dem Biotop und der Biozönose Biotop unbelebter Rahmen des Ökosystems; Lebensraum der Organismen Biozönose Lebensgemeinschaft der Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen Population Gesamtheit aller Individuen einer Art in einem geografisch begrenzten Raum; geh Art Gesamtheit aller Organismen, die untereinander fruchtbare Nachkommen hervorbringen Biotische-/abiotische Faktoren biotische Faktoren Einflüsse der belebten Umwelt abiotische Faktoren Einflüsse der unbelebten Umwelt Mensch Fressfeinde Fressgewohnheiten Krankheiten Vegetation Parasiten Temperatur Naturkatastrophen Wind Licht Sauerstoffgehalt der Luft Boden-pH-Wert Relief

2 Gleich-/Wechselwarme Lebewesen homoiotherme (=gleichwarme) Lebewesen poikilotherme (=wechselwarme) Lebewesen können Körpertemperatur selbst kontrollieren halten diese konstant zwischen und C halten Winterschlaf/Winterruhe* können ihre eigene Körpertemperatur selbst kaum regeln sie entspricht ihrer Umgebungstemperatur keine konstante Körpertemperatur verfallen in Kältestarre* Regelung: Transpiration (-) Isolierung durch Fell/Fett/Federn (+) Muskelspannung/-zittern (+) Wärmeeinsparung/-abfuhr durch Kontraktion/Relaxation der Blutgefäße unabhängig der Umgebungstemperatur größeres Ausbreitungsgebiet Aktivität auch in kalten Gebieten viel Nahrungsaufnahme da im Winter nicht genug Nahrung vorhanden Winterschlaf/- ruhe/wegfliegen Säugetiere & Vögel Regelung: in Sonne/Schatten liegen dicht zusammenlegen/gegenseitig wärmen Schlangen bilden Knäule (+) weniger Nahrungsaufnahme keine Reserven nötig inaktiv bei Kälte nur Regionen mit günstigen Temperaturbedingungen bewohnbar leichte Beute bei ungünstigen Temperaturen Amphibien, Reptilien, Fische, Insekten, Pflanzen *Winterschlaf/Winterruhe/Kältestarre Winterschlaf Winterruhe Kältestarre Körpertemperatur fällt auf C Lebensfunktionen fahren auf eine Minimum herunter Lebensfunktionen auf Sparflamme gelegentliches Aufwachen zur Nahrungsaufnahme wenn Körpertemperatur unter kritischen Wert fällt Körper ist starr Aufwecken kaum möglich suchen sich vorher ein Versteck

3 Temperaturabhängigkeit Optimum Präferendum ökologische Potenz Toleranzbereich Pessimum ab 0 C denaturieren Proteine im Körper! RGT-Regel (=Reaktionsgeschwindigkeits-Temperatur-Regel) Die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion steigt bei einer Temperaturerhöhung von 0 C um das Doppelte bis Dreifache Bergmansche Regel (bei homoiothermer Lebewesen): Bei gleichwarmen Tieren nahe verwandter Arten nimmt die Körpergröße von den wärmeren geografischen Regionen zu den Polen hin zu, da größere gleichwarme Tiere haben im Verhältnis zum Volumen eine geringere relative Oberfläche als kleinere Tiere. Dadurch ist ihr Wärmeverlust geringer. Allen-Regel (bei homoiothermer Lebewesen): Abstehende Körperteile (Ohren, Schwänze, Gliedmaßen) verwandter gleichwarmer Tierarten sind bei den in wärmeren Gebieten lebenden Formen meist größer als in kälteren Klimazonen, da starke Vergrößerung der Oberfläche im Verhältnis zum Volumen eine gute Kühlung des Körpers ermöglicht.

4 Das Laubblatt Kutikula Schutz; Festigkeit; besteht aus hydrophoben Molekülen (z.b. Wachs), daher undurchlässig für Wasser (Transpirationsschutz); Epidermis Festigkeit; Schutz vor mechanischen Schäden, Transpirationsschutz 7 Osmolarität Palisadenparenchym Schwammparenchym beinhaltet Chloroplasten (Ort der Photosynthese) Gasaustausch durch Interzellulare, Atemhöhlen und 7Spaltöffnungen (CO kann rein; O kann raus); wasserdurchlässig (Transpiration); wenig Chloroplasten Osmolarität Diffusion Osmose isoosmotisch/isotonisch hyperosmotisch/hypertonisch hypoosmotisch/hypotonisch Osmoregulation Osmoregulierer Gesamtkonzentration der gelösten Teilchen in einer Lösung (in mol/l) spontane Bewegung von Stoffteilchen aus Bereichen höherer Konzentration in Bereiche niedrigerer Konzentration Sonderfall der Diffusion: Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran zum Konzentrationsausgleich Lösungen besitzen die selbe Osmolarität Lösung mit der höherer Osmolarität Lösung mit der geringeren Osmolarität Kontrolle des Wasser- und Salzhaushaltes Lebewesen, die Osmoregulation betreiben Osmoregulation bei Fischen Süßwasserfisch Salzwasserfisch Umgebung: Fisch: Umgebung: Fisch: hypotonisch < hypertonisch hypertonisch > hypotonisch Wasser diffundiert über die Haut in den Fisch (Konzentrationsausgleich) er muss Salz über die Kiemen aufnehmen viel Harn Wasser diffundiert aus dem Fisch (Konzentrationsausgleich) gibt Salz über Kiemen ab wenig Harn muss trinken

5 Photosynthese Photosynthese (O -Abgabe): Blattatmung (O -Aufnahme): CO + H O C H O + O O + C H O CO + H O Übersicht Lichtreaktion (abhängig von Licht) Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus) (unabhängig von Licht) Ort: Thylakoidmembran Stroma Edukte: Licht H O ADP+P i NADP + CO ATP NADPH+H + Produkte: O NADPH+H + ATP C H O (Glukose) NADP + ADP+P i ADP+P i ATP ATP ADP+P i bei Elektronenaufnahme wird Energie benötigt (Energieaufnahme) durch Elektronenabspaltung wird Energie freigesetzt (Energieabgabe) NADP + NADPH+H + NADPH+H + NADP + Elektronen werden aufgenommen Elektronen werden abgegeben

Lichtreaktion Stroma 7 NADP + NADPH+H + ADP+ 8 ATP H O Cytochomkomplex NADP + - Reduktase ATP-Synthase Photolyse O Thylakoidinnenraum Thylakoidmembran 7 8 Das Fotosystem II absorbiert Licht, löst

Im Chlorophyll-a-Molekül ist eine Elektronenlücke entstanden. Der angelagerte Enzymkomplex spaltet zwei Wassermoleküle unter Freisetzung von Sauerstoff, Protonen und Elektronen.

6 Lichtreaktion Stroma 7 NADP + NADPH+H + ADP+ 8 ATP H O Cytochomkomplex NADP + - Reduktase ATP-Synthase Photolyse O Thylakoidinnenraum Thylakoidmembran 7 8 Das Fotosystem II absorbiert Licht, löst dadurch ein Elektron des zentralen Chlorophyll-a- Moleküls, bringt es auf ein höheres Energieniveau und gibt dieses an den benachbarten Elektronenakzeptor weiter. Im Chlorophyll-a-Molekül ist eine Elektronenlücke entstanden. Der angelagerte Enzymkomplex spaltet zwei Wassermoleküle unter Freisetzung von Sauerstoff, Protonen und Elektronen. Solch ein Elektron wird vom Chlorophyll-a-Molekül im Fotosystem II aufgenommen und füllt die Elektronenlücke. Währenddessen wird die Energie des angeregten Elektrons genutzt, um über eine Pumpe Protonen vom Stroma in den Thylakoidinnenraum zu transportieren. Dadurch entstehen ein Konzentrationsgradient und eine elektrische Spannung, da der Thylakoidinnenraum aufgrund der hohen Anzahl an Protonen nun positiv geladen ist. Auch im Fotosystem I wurde durch Lichtabsorption ein Elektron aus dem zentralen Chlorophyll-a- Moleküls gelöst und ebenfalls auf ein höheres Energieniveau gebracht. Das nun angeregte Elektron wird an die benachbarte NADP + -Reduktase übertragen. Die entstandene Elektronenlücke wird von dem ankommenden nun energiearmen Elektron aufgefüllt. Die NADP + -Reduktase überträgt jeweils Elektronen auf ein ankommendes NADP +, welches zu NADPH+H + wird. Um den Protonenüberschuss auszugleichen, wandern Protonen durch den ATP-Komplex zurück in das Stroma. Die hierbei freiwerdende Energie wird für die Synthese von ATP aus dem ankommenden ADP+P i genutzt.

Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus) ADP+ 7 ATP CO Rubisco 8 - - - - - - Ribulose-,-bisphosphat - - - ~ - - - - - - -Phosphatglycerat ATP ADP+ 0 - - - Glycerinaldehyd--phosphat NADPH+H + NADP + - - -

welche aufgrund deren Instabilität sofort in Moleküle mit jeweils C-Atomen zerfallen Das NADPH+H + liefert die Elektronen für die Reduktion (Elektronenaufnahme) Die Abspaltung eines Elektrons des ATP

7 Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus) ADP+ 7 ATP CO Rubisco Ribulose-,-bisphosphat ~ Phosphatglycerat ATP ADP Glycerinaldehyd--phosphat NADPH+H + NADP Glycerinaldehyd--phosphat Glycerinaldehyd--phosphat CO -Moleküle werden mithilfe des Enzyms Rubisco an die Akzeptormoleküle gebunden Es entstehen Moleküle mit jeweils Kohlenstoffatomen, welche aufgrund deren Instabilität sofort in Moleküle mit jeweils C-Atomen zerfallen Das NADPH+H + liefert die Elektronen für die Reduktion (Elektronenaufnahme) Die Abspaltung eines Elektrons des ATP liefert die dafür benötigte Energie Von den entstandenen Molekülen verlassen den Zyklus Diese reagieren zu Glukose, wobei Phosphatreste abgestoßen werden Glycerinaldehyd--phosphat Glukose (C H O ) 7 Die 0 anderen Moleküle werden nun unter weiterem Energieaufwand zum Ausgangsstoff, den Akzeptormolekülen, regeneriert; die Elektronenabspaltung des ATP liefert hierbei erneut die benötigte Energie 8 Die Akzeptormoleküle nehmen erneut CO -Moleküle auf und der Kreislauf beginnt von vorne

Äußere Einflüsse a) Lichtabhängigkeit Sonnenblätter kleiner dicker mehr Chloroplasten Schattenblätter größer dünner weniger Chloroplasten Schattenblätter beginnen schon bei wenig Licht mit der

8 Äußere Einflüsse a) Lichtabhängigkeit Sonnenblätter kleiner dicker mehr Chloroplasten Schattenblätter größer dünner weniger Chloroplasten Schattenblätter beginnen schon bei wenig Licht mit der Fotosynthese, sind jedoch auch sehr schnell gesättigt. Sonnenblätter brauchen eine gewisse Zeit bis der Kompensationspunkt erreicht ist. Davor wird Sauerstoff für die Zellatmung aufgenommen. Sie produzieren wesentlich mehr Sauerstoff und sind nicht so schnell gesättigt. Der Wissenschaftler Engelmann fand heraus, dass nur rotes und blaues Licht für die Fotosynthese benötigt wird und von den Farbstoffen des Blattes absorbiert wird, grünes Licht dagegen wird von der Pflanze reflektiert (grüne Farbe der Pflanze). Die wichtigsten Farbstoffe sind Chlorophyll a und b sowie Carotinoide. b) Temperaturabhängigkeit Nach der RGT-Regel gilt, je höher die Temperatur, desto höher die Reaktionsgeschwindigkeit. Dies gilt jedoch nur, wenn die Grundvoraussetzung Licht gegeben ist. Licht ist im Fall von Schwachlicht also ein limitierender Faktor. c) CO -Gehaltabhängigkeit Da für die Zellatmung Sauerstoff benötigt wird, befindet sich die Kurve vorerst im Negativen. Dann steigt sie bis zur Sättigung. Diese ist erreicht, wenn alle Enzyme (Rubisco) bei der Dunkelreaktion ausgelastet sind.

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