Grundlagen der Zellbiologie: Stoffwechsel, Photosynthese und Zellatmung

Zelltransport: Der Austausch von Stoffen zwischen dem Zellinneren und der Umgebung durch die Plasmamembran oder die Bewegung von Molekülen innerhalb der Zelle.

Stoffwechselwege

Katabolismus

Der Katabolismus ist der Teil des Stoffwechsels, der die Transformation von komplexen Biomolekülen in einfachere Moleküle umfasst. Dabei wird chemische Energie in Form von ATP-Molekülen freigesetzt. Dies geschieht durch die Spaltung von Molekülen, die Energie in kovalenten Bindungen speichern, in exothermen chemischen Reaktionen.

Anabolismus

Der Anabolismus ist der andere Teil des Stoffwechsels und verantwortlich für die Synthese oder Bioformation von komplexen organischen Molekülen (Biomolekülen) aus einfacheren Nährstoffen. Dieser Prozess erfordert Energie.

Photosynthese

Chlorophyll

Chlorophyll ist das Pigment, das Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht und für die Absorption von Licht für die Photosynthese verantwortlich ist. Chlorophyll absorbiert hauptsächlich rotes, violettes und blaues Licht und reflektiert grünes Licht.

Chlorophyll a

Chemische Formel: C₅₅ H₇₂ O₅ N₄ mg

Chlorophyll b

Chemische Formel: C₅₅ H₇₀ N₄ O₆ mg

Photolyse

Photolyse ist das Brechen von chemischen Bindungen durch Strahlungsenergie. Sie bezeichnet die Dissoziation von komplexen organischen Molekülen unter Einwirkung von Licht. Dieser Prozess ist grundlegend für die Photosynthese.

Photolyse des Wassers

Ein Beispiel für Photolyse ist die Spaltung von Wasser.

Photosynthese Prozess

Die Photosynthese ist der Prozess, der Lichtenergie in chemische Energie umwandelt, um Glukose zu produzieren. Sie findet in den Chloroplasten statt und besteht aus einer Reihe von Reaktionen, die Lichtenergie benötigen.

Die Photosynthese gliedert sich in zwei Phasen:

Lichtabhängige Phase

Pflanzen absorbieren Wasser über die Wurzeln und transportieren es zu den Chloroplasten. Dabei wird Sauerstoff in die Atmosphäre freigesetzt und Energie gespeichert.

Lichtunabhängige Phase (Calvin-Zyklus)

Die Pflanze nimmt Kohlendioxid aus der Luft auf. Diese beiden Elemente, Kohlenstoff und Sauerstoff, sind für die Bildung von Glukose erforderlich.

Zellatmung

Die Zellatmung ist ein Prozess, durch den die Zelle Nahrung abbaut und Energie gewinnt. Sie findet im Zytoplasma und teilweise in den Mitochondrien statt.

Vergleich Photosynthese und Zellatmung

Bei der Photosynthese wird Energie gespeichert, während bei der Zellatmung die gespeicherte Energie aus Glukose freigesetzt und in ATP umgewandelt wird.

Arten der Zellatmung

Die Zellatmung kann mit oder ohne Sauerstoff erfolgen:

• Aerobe Atmung (mit Sauerstoff): Gibt mehr Energie frei.
• Anaerobe Atmung (ohne Sauerstoff): Gibt weniger Energie frei.

Aerobe Atmung (mit Sauerstoff)

Besteht aus drei Schritten:

1. Glykolyse: Im Zytoplasma. Verantwortlich für die Oxidation von Glukose oder Gärung zur Energiegewinnung für die Zelle.
2. Citratzyklus (Krebs-Zyklus): In den Mitochondrien.
3. Atmungskette: In den Mitochondrien.

Anaerobe Atmung (ohne Sauerstoff)

Besteht aus zwei Schritten:

1. Glykolyse: Im Zytoplasma.
2. Bildung von Alkohol oder Milchsäure: In den Mitochondrien.

Beide Atmungsformen beginnen mit der Glykolyse, bei der das Glukosemolekül gespalten wird.

Der zweite Schritt unterscheidet die Wege der anaeroben und aeroben Atmung. Die anaerobe Atmung führt zur Bildung von Alkohol oder Milchsäure.