Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen Dr. rer. nat., M.A.T., K. Frischknecht PHS

Transkript

1 Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen Dr. rer. nat., M.A.T., K. Frischknecht PHS 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 2. Der Ursprung aller Lebensenergie 3. Fotosynthese: Die einzigartige Leistung der Pflanzen 4. Atmung: Die vollständig abhängigen Konsumenten 5. Die grosse energetische Vernetzung 6. Ausblick

2 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? MATERIE 1 Atome + Moleküle

3 Materie 2 Riesenmoleküle

4 Materie 3 Organellen funktionelle Zellbestandteile

5 Materie 4 Zellen primitive kernlose + höhere kernhaltige

6 Materie 5 Gewebe + Organe Abschlussgewebe, Blatt

7 Materie 6 Organismen Pilze, Pflanzen, Mensch/ Tier

8 Materie 7 Biosphären Lebensgemeinschaften

9 Materie Atome Moleküle Zellen Gewebe Organe Organismen Biosphären

10 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht?

11 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht?

12 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht?

13 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 2. INFORMATION

14 2. INFORMATION Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen

15 2. INFORMATION Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen

16 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht?

17 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 3. ENERGIE

18 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 3. ENERGIE

19 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? MATERIE INFORMATION ENERGIE

20 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? Stoffwechsel

21 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? Stoffwechsel = f(m+i+e)

22 Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen Dr. rer. nat. K. Frischknecht PHS 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 2. Der Ursprung aller Energie 3. Fotosynthese: Die einzigartige Leistung der Pflanzen 4. Atmung: Die vollständig abhängigen Konsumenten 5. Die grosse energetische Vernetzung 6. Ausblick

23 2. Der Ursprung aller Lebensenergie

24 2. Der Ursprung aller Lebensenergie

25 2. Der Ursprung aller Lebensenergie

26 2. Der Ursprung aller Lebensenergie " Massenverlust pro sec: 4 x 10 6 t Masse Sonne: 2 x t Sonne brennt noch... Jahre!!

27 2. Der Ursprung aller Lebensenergie Weg der Energie Sonne Pflanze Solarkonstante: 8,4 J/cm2 --> 2,1 J/cm2.min ca. 31% an Lufthülle reflektiert ca % an Lufthülle absorbiert ca. 50% an Erdoberfläche davon nur 14% auf Landoberflächen CH-Wert (Bielersee): kj/m 2.d Rest kann von Pflanzen absorbiert werden

28 2. Der Ursprung aller Lebensenergie Weg der Energie Sonne Pflanze

29 2. Der Ursprung aller Lebensenergie

30 2. Der Ursprung aller Lebensenergie Von 1000 Joule nur 0.8% in Nettoproduktion - 43% von 0.8% für Blätter-, Sprossachsenbildung - 12% von 0.8% für Wurzelbildung nur noch ca. 0.4% der auf Blatt eingestrahlten Energiemenge für essbare Ernteprodukte verfügbar

31 2. Der Ursprung aller Lebensenergie

32 2. Der Ursprung aller Lebensenergie

33 2. Der Ursprung aller Lebensenergie

34 2. Der Ursprung aller Lebensenergie

35

36

37 Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen Dr. rer. nat. K. Frischknecht PHS 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 2. Der Ursprung aller Lebensenergie 3. Fotosynthese: Die einzigartige Leistung der Pflanzen 4. Atmung: Die vollständig abhängigen Konsumenten 5. Die grosse energetische Vernetzung 6. Ausblick

38 3. Fotosynthese einzigartige Leistung der Pflanzen Die NATUR hat sich die Aufgabe gestellt, das der Erde zuströmende LICHT im Fluge zu erhaschen, um die beweglichste aller Kräfte, in starre Formen umgewandelt, aufzuspeichern. Zur Erreichung dieses Zieles hat sie die Erdkruste mit Organismen überzogen, welche lebend das Sonnenlicht in sich aufnehmen... Diese Organismen sind die PFLANZEN Julius Robert MAYER, 1848

39 3. Fotosynthese einzigartige Leistung der Pflanzen Leistungsdaten 100-jährige Buche Blätter:

40 3. Fotosynthese einzigartige Leistung der Pflanzen Leistungsdaten 100-jährige Buche Blätter: Gesamtoberfläche m 2

41 3. Fotosynthese einzigartige Leistung der Pflanzen

42 Innere Oberfläche Schwammgewebe: m 2

43 Innere Oberfläche Chloroplastenmembranen: m 2

44 Innere Oberfläche Chloroplastenmembranen: m 2

45 1: Blatt als Lichtfänger Fotosynthese in 8 Schritten

46 1: Blatt als Lichtfänger Fotosynthese in 8 Schritten

47 1: Blatt als Lichtfänger Fotosynthese in 8 Schritten

48 1: Blatt als Lichtfänger Fotosynthese in 8 Schritten

49 1: Blatt als Lichtfänger Fotosynthese in 8 Schritten

50 1: Blatt als Lichtfänger Fotosynthese in 8 Schritten

51 1: Blatt als Lichtfänger Fotosynthese in 8 Schritten

52 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen 1 Lichtabsorption

53 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen 1 Lichtabsorption

54 2: Chloroplastenreaktionen 2 Chlorophyllanregung Fotosynthese in 8 Schritten energiereicherer angeregter Zustand Wärme Fluoreszenz- Licht Photon energieärmerer Grundzustand Sonnenenergie Wärme + Licht nutzlose Energieformen, arbeitsunfähig

55 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen 3 Elektronenfänger 4 Elektronentransportkette 2 Elektronen Sonnenenergie arbeitsfähige Elektronen

56 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen 5 Elektronenlücke im Chlorophyll 2 Elektronen 2+ Elektronendefizit

57 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen Elektronenlücke im Chlorophyll 2+ Elektronendefizit

58 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen 6: Elektronennachschub durch Wasserspaltung (Fotolyse von Wasser) 2+ Elektronendefizit behoben erneute Chlorophyllanregung möglich

59 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen 6: Fotolyse von Wasser liefert Sauerstoff! Joseph Priestley 1771 Verbesserung verdorbener Luft durch Pflanzen

60 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen 6: fotolytische Sauerstoffproduktion 1,7 kg Sauerstoff/ h L O 2 ca L O 2 / d O 2 -Bedarf von ca Personen/ d

61 2: Chloroplastenreaktionen Fotosynthese in 8 Schritten 7: Energiefixierung als ATP + NADPH

62 2: Chloroplastenreaktionen Fotosynthese in 8 Schritten 7: Energiefixierung als ATP + NADPH

63 2: Chloroplastenreaktionen Fotosynthese in 8 Schritten 7: Energiefixierung als ATP + NADPH

64 2: Chloroplastenreaktionen Fotosynthese in 8 Schritten 7: Energiefixierung als ATP + NADPH

65 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) 8: Energiefixierung als Zucker

66 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) aus Zucker stammen alle übrigen Lebensmoleküle

67 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) aus Zucker stammen alle übrigen Lebensmoleküle

68 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) aus Zucker stammen alle Kohlenhydrate wie STÄRKE

69 Fotosynthese in 8 Schritten

70 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) aus Zucker stammen alle Fette

71 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen )

72 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) aus Zucker stammen auch die lebenswichtigen Eiweisse

73 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) aus Zucker stammen auch die lebenswichtigen Eiweisse

74 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) aus Zucker stammen auch die Eiweisse

75 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen ) aus Zucker stammen auch die Eiweisse

76 Fotosynthese in 8 Schritten 2: Chloroplastenreaktionen ( Dunkelreaktionen )

77 Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 2. Der Ursprung aller Energie 3. Fotosynthese: Die einzigartige Leistung der Pflanzen 4. Atmung: Die vollständig abhängigen Konsumenten 5. Die grosse energetische Vernetzung 6. Ausblick

78 Äussere Atmung Wir müssen ständig atmen, unsere 100 Billionen (10 14 ) Zellen zwingen uns dazu

79 Ein Blick in Zellen: pflanzliche

80 Ein Blick in Zellen: tierische

81 Ein Blick in Zellen: Mitochondrien

82 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung

83 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung

84 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung

85 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung C 6 H 12 O 6 H H + + Elektron e -

86 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung

87 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung

88 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung

89 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung ATP

90 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung ATP

91 Ein Blick in Zellen: Zuckerveratmung ATP

92 Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen Dr. rer. nat., M.A.T., K. Frischknecht PHS 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 2. Der Ursprung aller Lebensenergie 3. Fotosynthese: Die einzigartige Leistung der Pflanzen 4. Atmung: Die vollständig abhängigen Konsumenten 5. Die grosse energetische Vernetzung 6. Ausblick

93 Der Kraftstoff des Lebens Wie wir zu biologischer Energie kommen Dr. rer. nat., M.A.T., K. Frischknecht PHS 1. Was ist Leben aus biologischer Sicht? 2. Der Ursprung aller Lebensenergie 3. Fotosynthese: Die einzigartige Leistung der Pflanzen 4. Atmung: Die vollständig abhängigen Konsumenten 5. Die grosse energetische Vernetzung 6. Ausblick Leider sind diese Folien durch einen technischen Defekt verloren gegangen. Bei Gelegenheit werden sie wieder ergänzt! daher Ende der Präsentation!!