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Lichtreaktionen und Calvin-Zyklus – Elektronentransport, ATP-Synthase, RuBP/PGA/GAP und ¹⁴C-Tracerversuch

BiologiePflanzenphysiologieAlter 16–17

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Eine Thylakoidmembran mit Fotosystem II und I, Fotolyse des Wassers, einer Elektronentransportkette, die H⁺ in das Thylakoidlumen pumpt, ATP-Synthase, die ATP bildet, und NADP⁺, das zu NADPH reduziert wird; im Stroma fixiert der Calvin-Zyklus CO₂ mit RuBisCO, reduziert PGA zu GAP und regeneriert RuBP. Schalten Sie Licht oder CO₂ ab und beobachten Sie, wie sich RuBP, PGA und GAP mit der Zeit ändern; verändern Sie Licht, CO₂ und Temperatur, um den begrenzenden Faktor zu finden. Ein Pulse-Chase-Modus wiederholt Calvins ¹⁴C-Versuch: H¹⁴CO₃⁻ zugeben, zu verschiedenen Zeiten Proben nehmen, das Chromatogramm auswerten und den Anteil an ¹⁴C in jeder Verbindung notieren.

Lektion: Fotosynthese: lichtabhängige Reaktionen (Fotolyse, Elektronentransport, Fotophosphorylierung, NADPH) und lichtunabhängige Reaktionen des Calvin-Zyklus (Fixierung, Reduktion, Regeneration von RuBP)

Was sie zeigt

Die Fotosynthese läuft in zwei gekoppelten Abschnitten im Chloroplasten ab. Bei den Lichtreaktionen an der Thylakoidmembran regt Licht Fotosystem II und I an, Wasser wird in O₂, H⁺ und Elektronen gespalten, und die Elektronentransportkette pumpt H⁺ ins Lumen; fließen die H⁺ durch die ATP-Synthase zurück, entsteht ATP, und NADP⁺ wird zu NADPH reduziert. Der Calvin-Zyklus im Stroma nutzt dieses ATP und NADPH: RuBisCO fixiert CO₂ an RuBP zu PGA, PGA wird zu GAP reduziert, und der größte Teil des GAP regeneriert RuBP. Calvins ¹⁴C-Versuch deckte diese Reihenfolge auf.

So funktioniert es

Stellen Sie Licht, CO₂ und Temperatur mit den Schiebereglern ein und beobachten Sie Elektronen, H⁺ und die Stoffmengen im Calvin-Zyklus. Klicken Sie auf Licht aus oder CO₂ aus und lesen Sie im Diagramm ab, wie sich RuBP, PGA und GAP ändern; ein zweiter Klick schaltet zurück. Wählen Sie im Modus ¹⁴C-Tracer Probe nach und eine Chase, klicken Sie auf Eine Probe oder Serie 2–120 s und werten Sie Chromatogramm und Tabelle aus.

Einstellbare Parameter

  • Modus Ablauf der Fotosynthese (Lichtreaktionen + Calvin-Zyklus), Calvins ¹⁴CO₂-Tracerversuch
  • Lichtintensität 0–2000 µmol Photonen m⁻² s⁻¹
  • CO₂-Konzentration 0–1500 ppm
  • Temperatur 5–45 °C

Fragen zum Erkunden

  1. Warum steigt PGA an und RuBP sinkt, wenn das Licht ausgeschaltet wird?
  2. Was geschieht mit RuBP und PGA, wenn kein CO₂ mehr da ist, und warum?
  3. Welche Verbindung ist im ¹⁴C-Versuch zuerst markiert, und was zeigt das?

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