Photosynthese (Experimente zum Calvin Zyklus)?

Für mich ist es noch etwas schwierig dieses Experiment genau zu verstehen. Also insgesamt wird NaH14CO eingespritzt, wodurch die Algen letztlich sterben. Nun zu E1, was meint es mit den Reaktionszeiten? Gehts es darum wie viel eingespritzt wird? Und bei E4 verstehe ich das auch nicht ganz.. Kann mir jemand hier bitte weiterhelfen?

Answer 1

[CliffBaxter]

Also insgesamt wird NaH14CO eingespritzt, wodurch die Algen letztlich sterben.

nein

Das 14C dient zur radioaktiven Markierung von Stoffwechsel(zwischen)produkten, um dem Weg des Kohlenstoffs in der Photosynthese auf die Spur zu kommen.

Sterben tun die Algen, indem sie in heißen Alkohol tropfen. Dann werden alle Reaktionen sofort gestoppt.

Gehts es darum wie viel eingespritzt wird?

Es geht um die Zeit.

Die Zeit zwischen der Einspritzung von 14C und dem Abtöten der Algen, hat das 14CO2 Zeit, in die Dunkelreaktion der Photosynthese einzugehen, so dass nach anschließender Extraktion der Produkte, ihrer chromatographischen Auftrennung und Autoradiographie, die Metaboliten identifiziert werden können, in denen Radioaktivität enthalten ist (deswegen "Tracer-Experiment"). Je weiter unten man das NaH14CO3 in den Schlauch einspritzt, desto kürzer ist die verbleibende Zeit, das daraus freigesetzte CO2 im Stoffwechsel zu verwerten.

Nach verschieden langen "Reaktionszeiten" von denen hier 0,5 und 2 Sekunden angegeben wurden, verändern sich bereits die papierchromatographisch aufgetrennten, radioaktiv markierten Metabolitenpools, so dass aus der Reihenfolge ihres Auftauchens, letztlich der Calvin-Zyklus aufgeklärt werden konnte.

Es interessieren also im Zusammenhang mit diesem Versuchsansatz erst mal nur die durch radioaktiven Flecken (dunkel) markierten Verbindungen. Davon gibt es anfangs 4 (links) und später 3 (rechts):

nämlich:

• 1.) Diphosphate
• 2.) 3-PGS (Phosphoglycerinsäure)
• 3.) PEP (Phosphoenolpyruvat)
• 4.) Äpfelsäure

wobei 2, 3 und 4 mehr werden (Flecken werden größer) und 1 verschwindet.

Ohne Hintergrundwissen, ist es einem Schüler kaum möglich, das zu interpretieren. Weil die Leute, die das damals gemacht haben, jahrelang von morgens bis abends nur diese Chromatogramme beschriftet haben und dafür letztlich den Nobelpreis erhielten. Augenscheinlich sind sie dann auf einem anderen Niveau.

Deswegen sollte man sich das mit Hilfe des Calvin-Zyklus (google, Schulbuch) versuchen abzuleiten:

3.) + 4.) tauchen im Calvin-Zyklus gar nicht auf. Kann man also erst mal vergessen.

1.) + 2.) gibt es im Calvin-Zyklus.

1.) taucht in der Autoradiographie früh auf (links), 2.) taucht auf und wird mehr, während 1.) verschwindet.

Das zeigt im Prinzip den Anfang des Weges des Kohlenstoffs in die Photosynthese. Es gibt ein Akzeptormolekül im Calvin-Zyklus, dass CO2 bindet ("fixiert"), das ist Ribulose-1,5-bisphosphat, dieser Pool findet sich nach sehr kurzer Zeit radioaktiv markiert "Diphosphat". Es wird aber sofort über ein Zwischenprodukt, eine C-6-Verbindung, in 2 C-3-Verbindungen umgewandelt, die 3-Phosphogycerinsäure (3-PGS). 3-PGS ist das erste fassbare, stabile Produkt der CO2-Fixierung im Calvin-Zyklus der Photosynthese. Also der Stoff, in dem sich das radioaktiv markierte CO2 aus der Luft in der Zelle wiederfindet und Eingang in die Dunkelreaktion gefunden hat.

3.) und 4.) sind Stoffwechselprodukte, in denen ebenfalls markiertes CO2 auftaucht. Die aber unmittelbar nichts mit dem Calvin-Zyklus zu tun haben. Sondern das CO2 der Luft chemisch in der Zelle binden können (Äpfelsäure), um es dem Calvin-Zylus später zuzuführen, eine Art Zwischenspeicher für CO2 in der Zelle bilden oder sie bilden auch einen Pool für die Synthese von Aminosäuren im pflanzlichen Stoffwechsel (PEP), so dass die CO2-Assimilation insbesondere über Phosphoenolpyruvat (PEP) auch die Kohlenstoffgerüste liefert, die für die Aminosäuresynthese verwendet werden. Man sieht ja im rechten Bild 3 Aminosäuren (gelb: Alanin, Serin, Asparaginsäure) anfallen, wobei die nicht radioaktiv markiert sind. Letztlich findet sich der fixierte Kohlenstoff in körpereigenen Substanzen wieder, die die Pflanze selbst bildet. Das deutet dies an.

Die Photosynthese ist daher die Quelle von Energie auf der Erde für alle Lebewesen, da sie die "Schnittstelle" zur Lichtenergie der Sonne hat und die Quelle für den Aufbau von Biomasse, über die Bindung (Fixierung) von CO2 aus der Luft und Einbau in organische Substanz. LG