Aufgabe 1 und 2 - Fotosynthese · Abitur NRW Biologie GK · Weißklee 2025

1 Beschreiben Sie die Phasen des Calvin-Zyklus (M 1). Erläutern Sie den stofflichen und energetischen Zusammenhang zwischen Primär- und Sekundärreaktion der Fotosynthese.

Lösung: Beschreibung des Calvin-Zyklus: - Kohlenstoffdioxidfixierung: Bindung von Kohlenstoffdioxid an ein $C_5$-Molekül (Ribulose-1,5-bisphosphat), das als Akzeptor wirkt, durch das Enzym Rubisco $\rightarrow$ Entstehung von zwei $C_3$-Molekülen (3-Phosphoglycerinsäure). - Reduktionsphase: Reduktion der $C_3$-Moleküle (3-Phosphoglycerinsäure) zu anderen $C_3$-Molekülen (Glycerinaldehyd-3-phosphat) unter Beteiligung von ATP und $\text{NADPH}+\text{H}^+$. - Glukosebildung: Ein Teil der reduzierten $C_3$-Moleküle (Glycerinaldehyd-3-phosphat) wird über weitere Reaktionsschritte zu Glukose umgewandelt. - Regeneration: Die restlichen $C_3$-Moleküle (Glycerinaldehyd-3-phosphat) werden über mehrere Reaktionen und unter Beteiligung von ATP zum Akzeptor (Ribulose-1,5-bisphosphat) zurückgebildet. Erläuterung des stofflichen und energetischen Zusammenhangs: - Der in der Primärreaktion gebildete Stoff $\text{NADPH}+\text{H}^+$ wird in der Sekundärreaktion für die Reduktionsphase benötigt. Während der Reduktion erfolgt die Regeneration des $\text{NADP}^+$ für die Primärreaktion. - Der in der Primärreaktion bereitgestellte Energieträger ATP wird sowohl in der Reduktionsphase als auch in der Regenerationsphase benötigt. Dabei wird ATP zu $\text{ADP} + \text{P}_i$ umgewandelt, die in der Primärreaktion erneut genutzt werden können.

2 Interpretieren Sie das dargestellte Diagramm (M 2).

Lösung: Dargestellt ist die Abhängigkeit der Fotosyntheserate des Weißklees von der Lichtintensität: - Lichtintensität bis ca. 100 µmol Photonen m⁻²·s⁻¹: Zu niedrige Lichtintensität $\rightarrow$ keine Fotosynthese möglich, aber Ablauf der Zellatmung $\rightarrow$ $\text{CO}_2$-Abgabe. - Lichtintensität von etwa 100 µmol Photonen m⁻²·s⁻¹: Lichtkompensationspunkt, bei dem Fotosyntheserate und Zellatmungsrate gleich sind $\rightarrow$ Nettofotosyntheserate liegt bei Null. - Lichtintensität ab etwa 100 µmol Photonen m⁻²·s⁻¹: Zunehmende Belichtung führt zu einer steigenden Fotosyntheserate $\rightarrow$ $\text{CO}_2$-Aufnahme ist deutlich höher als $\text{CO}_2$-Abgabe. - Lichtintensität von etwa 1000 µmol Photonen m⁻²·s⁻¹: Lichtsättigung $\rightarrow$ keine Steigerung der Fotosyntheserate möglich, da Fotosysteme ausgelastet sind.