Was passiert in der lichtabhängigen Phase der Photosynthese?

In der Thylakoidmembran wird Lichtenergie von Pigmenten eingefangen und in chemische Energie in Form von ATP und NADPH umgewandelt. Dabei wird molekularer Sauerstoff freigesetzt.

Woraus bestehen Nukleosomen?

Ein Nukleosom ist die DNA-Doppelhelix, die um ein Histon-Oktamer gewickelt ist. Zwischen den Oktameren liegt die Linker-DNA.

Chloroplasten und Chromatin: Aufbau, Photosynthese und DNA-Verpackung

Zusammenfassung

Das Dokument erklärt den Aufbau und die Funktion der Chloroplasten, insbesondere die Photosynthese mit ihren lichtabhängigen und lichtunabhängigen Phasen. Anschließend wird die Organisation des Chromatins im Zellkern beschrieben, von Nukleosomen über Chromatinfasern bis zum Chromosom. Lernende erfahren, wie Pigmente, Membranen und Histone zusammenwirken.

Kernpunkte

Chloroplasten besitzen eine Doppelmembran, im Stroma liegen die Thylakoide, die als Grana gestapelt sind.
Die lichtabhängige Phase läuft in der Thylakoidmembran ab und erzeugt ATP und NADPH unter Freisetzung von O2.
Die lichtunabhängige Phase findet im Stroma statt, wo CO2 mithilfe von ATP und NADPH in Glucide umgewandelt wird.
Chlorophylle sind die wichtigsten Photorezeptoren, Carotinoide schützen die photosynthetischen Proteine vor Oxidation.
Chromatin besteht aus DNA und Proteinen, vor allem Histonen, die Nukleosomen bilden.
Die DNA wird über mehrere Verdichtungsstufen bis zum Chromosom organisiert.

Stellen Sie sich auf die Probe

Chloroplasten: Struktur, Funktion und Photosynthese

Chloroplasten sind charakteristische Zellorganellen pflanzlicher Zellen. In ihnen findet die Photosynthese statt. Ihre Form und Größe sind variabel.

Struktur der Chloroplasten

Chloroplasten besitzen eine Doppelmembran. Im Inneren befindet sich das Stroma, das die Thylakoide beherbergt. Thylakoide sind scheibenförmige, übereinander gestapelte Membransäcke, deren Stapel als Grana bezeichnet werden.

Membranen und Kompartimente

Innere und äußere Membran: Beide sind sehr durchlässig für O₂ und enthalten zahlreiche spezifische Membran-Transporter.
Thylakoidmembran: Enthält die Photosynthese-Pigmente, welche Lichtenergie absorbieren.

Photosynthese-Pigmente

Chlorophylle: Sehr wirksame Photorezeptoren, die einen Tetrapyrrol-Kern und einen Alkohol enthalten.
Carotinoide: Dienen als Schutzeinrichtung und verhindern die Oxidation von photosynthetischen Proteinen.

Funktion der Thylakoidmembran

Die Thylakoidmembran besitzt enzymatische Systeme zur Abscheidung von Lichtenergie und zum Elektronentransport, was zur Bildung von ATP führt.

Stroma

Das Stroma ist eine Lösung, die Enzyme enthält, welche CO₂ in organische Verbindungen umwandeln. Es enthält außerdem Plastiden-DNA, RNA, Plastoribosomen sowie Enzyme für Replikation, Transkription und Translation.

Anmerkung: Neben Chloroplasten gibt es auch Chromoplasten und Amyloplasten.

Funktionen der Chloroplasten

Die Hauptfunktion der Chloroplasten ist die Durchführung der Photosynthese. Dieser Prozess nutzt Lichtenergie, um CO₂ in organische Verbindungen (hauptsächlich Glucide/Kohlenhydrate) umzuwandeln, wobei Sauerstoff (O₂) aus H₂O freigesetzt wird.

Phasen der Photosynthese

Lichtabhängige Phase (Lichtreaktion): Findet in der Thylakoidmembran statt. Die von photosynthetischen Pigmenten eingefangene Lichtenergie wird in chemische Energie (ATP und NADPH) umgewandelt. Dabei wird molekularer Sauerstoff freigesetzt.
Lichtunabhängige Phase (Dunkelreaktion): Findet im Stroma statt. ATP und NADPH werden als Energiequelle bzw. Reduktionsmittel genutzt, um atmosphärisches CO₂ in Glucide umzuwandeln.

Weitere Stoffwechselfunktionen

Biosynthese von Fettsäuren.
Reduktion von Nitrat zu Nitriten.
Zusätzliche Funktionen, die durch die Chloroplasten-DNA gesteuert werden.

Chromatin: Organisation und Verdichtung der DNA

Chromatin ist die Grundsubstanz des Zellkerns (Nucleus). Es besteht aus DNA-Strängen in verschiedenen Kondensationsgraden.

Chromatin im Interphasekern

In der Interphase bildet das Chromatin eine netzartige Struktur, deren Feinstruktur nicht sichtbar ist. Man unterscheidet jedoch Bereiche stärkerer und schwächerer Verdichtung, die aktiveren bzw. weniger aktiven Bereichen der DNA entsprechen.

Die gesamte DNA einer menschlichen Zelle erreicht in Längsrichtung etwa 2 Meter. Diese enorme Länge muss im Zellkern untergebracht werden. Die Verdichtung ist daher immens, insbesondere aufgrund der elektrostatischen Abstoßung der negativ geladenen Phosphatgruppen der DNA-Kette.

Zusammensetzung des Chromatins

Chromatin ist ein supramolekularer Komplex, der aus DNA und begleitenden Proteinen besteht:

Histone: Kleine, basische Proteine. Sie bilden sich wiederholende Einheiten, um die sich die DNA-Doppelhelix wickelt.
Nichthistonproteine: Eine heterogenere Gruppe von Proteinen.

Organisationsebenen des Chromatins

Im eukaryotischen Zellkern erreicht der Komplex verschiedene Organisationsstufen:

Nukleosom (1. Verdichtungsstufe): Die DNA-Doppelhelix ist um einen Histon-Oktamer gewickelt. Zwischen den Oktameren befindet sich die Linker-DNA.
Chromatinfaser (2. Verdichtungsstufe): Diese Struktur stellt eine komplexere Faltung dar, bei der etwa sechs Nukleosomen eine Gruppe bilden, die sich um eine zentrale Faserachse windet. Dies führt zu einer weiteren Verkürzung (höhere Verpackung). Auf dieser Ebene sind die Gene für Transkription und Replikation zugänglich.
Strukturelle Domänen (3. Verdichtungsstufe): Die Faser bildet eine Reihe von Schleifen (Loops) um eine Achse aus Nichthistonproteinen (das zentrale Gerüst). Diese Schleifen stellen die strukturellen Domänen der 3. Verpackungsebene dar.
Chromosom (Höchste Verdichtungsstufe): Die höchste Ebene der Verpackung ist das Chromosom, das während der Zellteilung sichtbar wird.