Thylakoidmembranen · Licht aufnehmen
Die Membranen enthalten Chlorophyll. Die Lichtreaktionen nutzen Lichtenergie, spalten Wasser und setzen Sauerstoff frei.
Biologie · Verstehen und üben
Fotosynthese
Erkläre, wie Pflanzen Lichtenergie nutzen, und prüfe im Modell, wann ein Blatt Sauerstoff abgibt.
Das kannst du danach
Stoffgleichung lesenChloroplasten zuordnenEinflussfaktoren prüfen
Grundlagen verstehen · am Modell prüfen · selbst wiederholen
Aus Licht, Wasser und CO₂ entstehen energiereiche Stoffe
Bei der Fotosynthese bauen Pflanzen aus Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser organische Stoffe auf. Die dafür nötige Energie liefert Licht. Dabei wird Sauerstoff frei. Der grüne Farbstoff Chlorophyll nimmt Licht auf; in Pflanzen läuft die Fotosynthese in den Chloroplasten ab.
Kohlenstoffdioxid + Wasser → Glucose + Sauerstoff
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Vereinfachte Nettogleichung unter Lichteinwirkung. Sie fasst viele Reaktionsschritte zusammen. Glucose steht hier für den Aufbau von Kohlenhydraten; sie ist nicht das erste unmittelbare Produkt.
Wo die Umwandlungen stattfinden
Stroma · Kohlenstoff einbauen
Im umgebenden Raum wird CO₂ in organische Verbindungen eingebaut. Dafür werden Produkte der Lichtreaktionen benötigt.
Der freigesetzte Sauerstoff stammt aus Wasser. Der Kohlenstoff im aufgebauten Zucker stammt aus CO₂.
Eine Gleichung lesen, ohne Stoffe und Energie zu verwechseln
1 · Ausgangsstoffe finden
Links stehen 6 CO₂ und 6 H₂O. Licht ist eine Energiezufuhr, kein zusätzlicher Stoff.
2 · Produkte lesen
Rechts stehen 1 Glucosemolekül und 6 O₂. Die Formel C₆H₁₂O₆ enthält sechs C-, zwölf H- und sechs O-Atome.
3 · Atome kontrollieren
Auf beiden Seiten: 6 C, 12 H und 18 O. Es werden Atome neu angeordnet, keine neuen Atome aus Licht erzeugt.
Pflanzen gewinnen den Kohlenstoff ihrer Biomasse hauptsächlich aus dem CO₂ der Luft. Wasser und Mineralstoffe werden meist über die Wurzeln aufgenommen; Mineralstoffe ersetzen CO₂ nicht.
Fotosynthese-Labor: Licht, CO₂ und Sauerstoffbilanz
Verändere eine Bedingung und sage zuerst voraus: Wird das Blatt insgesamt Sauerstoff aufnehmen oder abgeben?
CO₂-Angebot
Deine Vorhersage
Wähle eine Antwort und prüfe anschließend die Bilanz.
Modellbilanz und Erklärung anzeigen
Fotosynthese · O₂-Bildung
Zellatmung · O₂-Verbrauch
Netto · Bildung minus Verbrauch
Qualitatives Lehrmodell mit willkürlichen Einheiten (ME), keine Messdaten. Wasser und Temperatur bleiben günstig; der Verbrauch durch Zellatmung bleibt vereinfacht konstant. Hohe Lichtstärken können in der Natur zusätzlich schädigen.
Warum mehr Licht nicht unbegrenzt hilft
Licht
Bei wenig Licht begrenzt die Energiezufuhr die Fotosynthese. Mehr Licht kann ihre Rate zunächst steigern.
Kohlenstoffdioxid
Ist zu wenig CO₂ verfügbar, kann zusätzliches Licht den fehlenden Ausgangsstoff nicht ersetzen.
Wasser und Temperatur
Wassermangel kann Spaltöffnungen schließen und dadurch die CO₂-Aufnahme verringern. Die enzymatischen Reaktionen hängen außerdem von der Temperatur ab.
Der jeweils knappste wirksame Faktor begrenzt die Leistung. Das nennt man einen limitierenden Faktor.
Auch ein grünes Blatt betreibt Zellatmung
Im Licht laufen Fotosynthese und Zellatmung gleichzeitig ab. Erst wenn mehr Sauerstoff gebildet als verbraucht wird, gibt das Blatt insgesamt Sauerstoff ab. Im Dunkeln fällt die Fotosynthese weg, während die Zellatmung weitergeht.
Netto-O₂-Abgabe = O₂-Bildung durch Fotosynthese − O₂-Verbrauch durch Zellatmung
Am Lichtkompensationspunkt gleichen sich beide Beiträge aus. Keine messbare Nettoabgabe bedeutet dann nicht, dass beide Prozesse stillstehen.
Vertiefung: Zwei gekoppelte Teilprozesse
Lichtreaktionen und Calvin-Zyklus einordnen
Die Lichtreaktionen an den Thylakoidmembranen liefern ATP als kurzfristigen Energieträger und NADPH als Reduktionsmittel. Der Calvin-Zyklus im Stroma nutzt beides, um CO₂ in organische Verbindungen einzubauen. Aus entstehenden Drei-Kohlenstoff-Verbindungen können unter anderem Zucker aufgebaut werden.
„Lichtunabhängig“ heißt nur, dass der Calvin-Zyklus keine Lichtteilchen direkt benötigt. Er ist von den Lichtreaktionen abhängig und kein Vorgang, der ausschließlich nachts stattfindet.
Acht Aufgaben: erst selbst lösen, dann vergleichen
1 · Nenne die beiden Ausgangsstoffe der Fotosynthese.
Tipp anzeigen
Licht liefert Energie und ist kein Stoff.
Lösung anzeigen
Kohlenstoffdioxid und Wasser. Lichtenergie ermöglicht den Aufbau energiereicher organischer Stoffe.
2 · Ergänze: 6 CO₂ + 6 H₂O → …
Tipp anzeigen
Ein Glucosemolekül enthält 6 C-Atome.
Lösung anzeigen
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Das ist die vereinfachte Nettogleichung unter Lichteinwirkung.
3 · Woher stammt der Kohlenstoff im Zucker?
Tipp anzeigen
Suche das C auf der linken Seite der Gleichung.
Lösung anzeigen
Aus dem Kohlenstoffdioxid. Die Pflanze baut diesen Kohlenstoff in organische Stoffe ein.
4 · Woher stammt der freigesetzte Sauerstoff?
Tipp anzeigen
Die Lichtreaktionen spalten einen Ausgangsstoff.
Lösung anzeigen
Aus Wasser, das bei den Lichtreaktionen gespalten wird. Diesen Herkunftsnachweis kann man nicht allein aus der vereinfachten Nettogleichung ablesen.
5 · Ein Blatt bildet 8 ME O₂ und verbraucht 3 ME. Bestimme die Nettobilanz.
Tipp anzeigen
Bildung minus Verbrauch.
Lösung anzeigen
8 − 3 = 5 ME: Das Blatt gibt netto 5 ME Sauerstoff ab.
6 · Warum kann mehr Licht bei knappem CO₂ wenig helfen?
Tipp anzeigen
Welcher Ausgangsstoff fehlt?
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CO₂ begrenzt den Aufbau organischer Stoffe. Mehr Lichtenergie ersetzt fehlendes CO₂ nicht; es ist der limitierende Faktor.
7 · Was geschieht mit der Sauerstoffbilanz im Dunkeln?
Tipp anzeigen
Denke an beide Prozesse.
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Fotosynthese bildet dann keinen Sauerstoff. Zellatmung verbraucht weiterhin Sauerstoff; das Blatt nimmt insgesamt Sauerstoff auf.
8 · Warum bedeutet Netto-O₂-Abgabe null nicht zwingend Stillstand?
Tipp anzeigen
Vergleiche Bildung und Verbrauch.
Lösung anzeigen
Fotosynthese und Zellatmung können gleich große Beiträge liefern. Am Lichtkompensationspunkt ist die Bilanz null, obwohl beide Prozesse laufen.
Kurzer Begriffscheck
Welche Aussage zu grünen Pflanzen stimmt?
Wähle eine Antwort.
Für den Unterricht: eine Bedingung verändern
Einstieg: Herkunft der Pflanzenmasse vermuten und mit der Stoffgleichung prüfen.
Partnerarbeit: Licht verändern, CO₂ konstant halten und eine Vorhersage begründen. Danach bei gleicher Lichtstärke nur CO₂ wechseln.
Sicherung: Brutto-Bildung, Verbrauch und Netto-Abgabe unterscheiden.
Wiederholung: Gleichung und Chloroplastenbild ohne Vorlage erklären.
Kostenlose Materialien zum Weiterüben
Fotosynthese verstehen – kostenloses Biologie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)
Grundlagen · Klasse 6–8: Ausgangsstoffe, Produkte und Energieumwandlung sichern.
Kostenlos · PDF · mit Lösungen
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Fotosynthese & Zellatmung verstehen – Energie in Pflanzen und Zellen einfach erklärt – Lernposter / Lernplakat als PDF
Überblick: Fotosynthese und Zellatmung im Zusammenhang wiederholen.
Kostenlos · PDF · Lernposter
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Chloroplasten: Bau und Funktion – kostenloses Biologie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)
Vertiefung · Klasse 9–12: Bau und Funktion des Chloroplasten zuordnen.
Kostenlos · PDF · mit Lösungen
Material ansehen und herunterladen
Fotosynthese: Einflussfaktoren auswerten – kostenloses Biologie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)
Vertiefung · Klasse 9–12: Kurven sowie Brutto- und Nettoraten auswerten.
Kostenlos · PDF · mit Lösungen
Material ansehen und herunterladenZum fachlichen Vertiefen: OpenStax · Fotosynthese.