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Questions and Answers
Was passiert, wenn O2 anstelle von CO2 an RuBisCO gebunden wird?
Was passiert, wenn O2 anstelle von CO2 an RuBisCO gebunden wird?
- Es wird keine Reaktion ausgelöst.
- Es entstehen zwei Phosphoglycolat-Moleküle.
- Es entsteht eine höhere Photosyntheseleistung.
- Es entsteht nur 3-Phosphoglycerat. (correct)
Die Photorespiration ist ein effizienter Prozess für die Photosynthese.
Die Photorespiration ist ein effizienter Prozess für die Photosynthese.
False (B)
Was sind Carboxysomen und wo finden sie sich?
Was sind Carboxysomen und wo finden sie sich?
Carboxysomen sind Proteinbehälter in Bakterien, die dicht gepackte RuBisCO-Moleküle und Kohlenstoff-Anhydrase enthalten.
Die Reaktion von Kohlenstoff-Anhydrase beschleunigt das Gleichgewicht in Richtung _____ .
Die Reaktion von Kohlenstoff-Anhydrase beschleunigt das Gleichgewicht in Richtung _____ .
Ordne die folgenden Begriffe ihren Beschreibungen zu:
Ordne die folgenden Begriffe ihren Beschreibungen zu:
Welche der folgenden Hypothesen erklärt, warum RuBisCO nicht selektiver für CO2 ist?
Welche der folgenden Hypothesen erklärt, warum RuBisCO nicht selektiver für CO2 ist?
Insgesamt sind 5 Kreisläufe zur CO2 Fixierung bekannt.
Insgesamt sind 5 Kreisläufe zur CO2 Fixierung bekannt.
Wie viel Prozent der photosynthetischen Energie wird durch die Photorespiration verschwendet?
Wie viel Prozent der photosynthetischen Energie wird durch die Photorespiration verschwendet?
Was ist das Hauptmaterial, das die Nitrogenase benötigt, um die Dreifachbindung von N2 aufzubrechen?
Was ist das Hauptmaterial, das die Nitrogenase benötigt, um die Dreifachbindung von N2 aufzubrechen?
Die Nitrogenase besteht aus einem einzigen Protein.
Die Nitrogenase besteht aus einem einzigen Protein.
Nennen Sie einen wichtigen Organismus, der Stickstoff fixieren kann.
Nennen Sie einen wichtigen Organismus, der Stickstoff fixieren kann.
___ fixierende Bakterien kolonisieren Wurzelzellen von Hülsenfrüchten.
___ fixierende Bakterien kolonisieren Wurzelzellen von Hülsenfrüchten.
Ordnen Sie die Organismen ihren Eigenschaften zu:
Ordnen Sie die Organismen ihren Eigenschaften zu:
Welches Element wird im reaktiven Zentrum der Nitrogenase gefunden?
Welches Element wird im reaktiven Zentrum der Nitrogenase gefunden?
Leghemoglobin wird in Pflanzen produziert, um die Sauerstoffkonzentration in den Knollen zu erhöhen.
Leghemoglobin wird in Pflanzen produziert, um die Sauerstoffkonzentration in den Knollen zu erhöhen.
Was sind die zwei irreversiblen Schritte in der Glykolyse, die Unterschiede in der Biochemie aufweisen?
Was sind die zwei irreversiblen Schritte in der Glykolyse, die Unterschiede in der Biochemie aufweisen?
Welches Molekül wird hauptsächlich durch den Pentose Phosphat Weg bereitgestellt?
Welches Molekül wird hauptsächlich durch den Pentose Phosphat Weg bereitgestellt?
Die Fettsäure Biosynthese ist die Rückreaktion der Fettsäure Oxidation.
Die Fettsäure Biosynthese ist die Rückreaktion der Fettsäure Oxidation.
Nenne ein wichtiges Enzym, das bei der Fettsäure Biosynthese beteiligt ist.
Nenne ein wichtiges Enzym, das bei der Fettsäure Biosynthese beteiligt ist.
Die __________ liefert die Energie für die Fettsäure Kettenverlängerung durch Kopplung mit Dekarboxylation.
Die __________ liefert die Energie für die Fettsäure Kettenverlängerung durch Kopplung mit Dekarboxylation.
Ordne die Prozesse ihren entsprechenden Metabolismus zu:
Ordne die Prozesse ihren entsprechenden Metabolismus zu:
Welche Funktion haben Fettsäuren in der Zelle?
Welche Funktion haben Fettsäuren in der Zelle?
Die Fettsäure Synthase in Bakterien ist ähnlich komplex wie in Tieren.
Die Fettsäure Synthase in Bakterien ist ähnlich komplex wie in Tieren.
Was ist ein Unterschied zwischen der Fettsäure Biosynthese und der Fettsäure Oxidation?
Was ist ein Unterschied zwischen der Fettsäure Biosynthese und der Fettsäure Oxidation?
Welche der folgenden Prozesse sind wichtige Kohlenstoffumwandlungsprozesse?
Welche der folgenden Prozesse sind wichtige Kohlenstoffumwandlungsprozesse?
CO2 ist das am schnellsten transferierte Kohlenstoffreservoir in der Atmosphäre.
CO2 ist das am schnellsten transferierte Kohlenstoffreservoir in der Atmosphäre.
Nennen Sie zwei Gruppen von Organismen, die Photosynthese betreiben.
Nennen Sie zwei Gruppen von Organismen, die Photosynthese betreiben.
N2 macht etwa _______ % unserer Atmosphäre aus.
N2 macht etwa _______ % unserer Atmosphäre aus.
Ordnen Sie die Stickstoffumwandlungsprozesse den richtigen Beschreibungen zu:
Ordnen Sie die Stickstoffumwandlungsprozesse den richtigen Beschreibungen zu:
Was führt zur Erhöhung von Treibhausgasen wie CO2 und CH4?
Was führt zur Erhöhung von Treibhausgasen wie CO2 und CH4?
Methanhydrate bilden sich bei hohen Temperaturen und niedrigem Druck.
Methanhydrate bilden sich bei hohen Temperaturen und niedrigem Druck.
Welche Prozesse gehören zur Stickstoffumsetzung?
Welche Prozesse gehören zur Stickstoffumsetzung?
Welche der folgenden Aussagen über Aminosäuren ist korrekt?
Welche der folgenden Aussagen über Aminosäuren ist korrekt?
Blattläuse haben eine stickstoffreiche Ernährung.
Blattläuse haben eine stickstoffreiche Ernährung.
Was sind Bakteriome?
Was sind Bakteriome?
Die Biosynthese der Nucleobasen beginnt mit __________ und zwei Aminosäuren.
Die Biosynthese der Nucleobasen beginnt mit __________ und zwei Aminosäuren.
Ordnen Sie die folgenden Begriffe den passenden Beschreibungen zu:
Ordnen Sie die folgenden Begriffe den passenden Beschreibungen zu:
Welche Hypothese beschreibt die Entwicklung von RNA zu DNA?
Welche Hypothese beschreibt die Entwicklung von RNA zu DNA?
Aminosäuren können nur aus ein oder zwei zentralen Zwischenprodukten synthetisiert werden.
Aminosäuren können nur aus ein oder zwei zentralen Zwischenprodukten synthetisiert werden.
Wie wird das blau eingefärbte Sauerstoffatom in Ribosen entfernt?
Wie wird das blau eingefärbte Sauerstoffatom in Ribosen entfernt?
Welche der folgenden Kohlenstoffumwandlungsprozesse sind wichtig?
Welche der folgenden Kohlenstoffumwandlungsprozesse sind wichtig?
Methanhydrate entstehen unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen.
Methanhydrate entstehen unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen.
Nenne einen der vier wichtigen Stickstoffumwandlungsprozesse.
Nenne einen der vier wichtigen Stickstoffumwandlungsprozesse.
N2 macht ca. _______ % unserer Atmosphäre aus.
N2 macht ca. _______ % unserer Atmosphäre aus.
Ordne die folgenden Kohlenstoff- und Stickstoffumwandlungsprozesse den richtigen Beschreibungen zu:
Ordne die folgenden Kohlenstoff- und Stickstoffumwandlungsprozesse den richtigen Beschreibungen zu:
Was ist die größte Quelle für CO2 in der Atmosphäre?
Was ist die größte Quelle für CO2 in der Atmosphäre?
CO2 wird durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernt.
CO2 wird durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernt.
Wie nennt man die Reaktion, bei der CO2 und H2O in organischen Kohlenstoff umgesetzt werden?
Wie nennt man die Reaktion, bei der CO2 und H2O in organischen Kohlenstoff umgesetzt werden?
Welche der folgenden Organismen gehen symbiotische Beziehungen ein?
Welche der folgenden Organismen gehen symbiotische Beziehungen ein?
Die Nitrogenase ist nur in Pflanzen vorhanden.
Die Nitrogenase ist nur in Pflanzen vorhanden.
Was ist der Hauptzweck der Enzyme, die bei der Stickstofffixierung beteiligt sind?
Was ist der Hauptzweck der Enzyme, die bei der Stickstofffixierung beteiligt sind?
Der ___________ ist ein irreversibler Schritt in der Glykolyse.
Der ___________ ist ein irreversibler Schritt in der Glykolyse.
Ordne die folgenden Prozesse ihren korrekten Beschreibungen zu:
Ordne die folgenden Prozesse ihren korrekten Beschreibungen zu:
Welche Energiequelle nutzen photolithotrophe Organismen zur Kohlenstofffixierung?
Welche Energiequelle nutzen photolithotrophe Organismen zur Kohlenstofffixierung?
Die Reaktion von N2 zu NH4+ ist endergonisch und benötigt wenig Aktivierungsenergie.
Die Reaktion von N2 zu NH4+ ist endergonisch und benötigt wenig Aktivierungsenergie.
Nenne ein Beispiel für eine Symbiose zwischen einem Pilz und einem photosynthetischen Organismus.
Nenne ein Beispiel für eine Symbiose zwischen einem Pilz und einem photosynthetischen Organismus.
Welche der folgenden Aussagen beschreibt den Hauptunterschied zwischen Katabolismus und Anabolismus?
Welche der folgenden Aussagen beschreibt den Hauptunterschied zwischen Katabolismus und Anabolismus?
Die Gluconeogenese ist der umgekehrte Weg der Glykolyse.
Die Gluconeogenese ist der umgekehrte Weg der Glykolyse.
Nennen Sie das Hauptziel der Anaplerose.
Nennen Sie das Hauptziel der Anaplerose.
Der _______ Zyklus gibt es sowohl im Katabolismus als auch im Anabolismus.
Der _______ Zyklus gibt es sowohl im Katabolismus als auch im Anabolismus.
Ordnen Sie die folgenden Begriffe ihren Beschreibungen zu:
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Welche Aussage über den Glyoxylatzyklus ist korrekt?
Welche Aussage über den Glyoxylatzyklus ist korrekt?
Alle Spezies können den Glyoxylatzyklus durchführen.
Alle Spezies können den Glyoxylatzyklus durchführen.
Was ist das Ziel des Pentose Phosphat Weges?
Was ist das Ziel des Pentose Phosphat Weges?
Was ist der Hauptbestandteil der Nitrogenase, der ATP verwendet?
Was ist der Hauptbestandteil der Nitrogenase, der ATP verwendet?
Leghemoglobin erhöht die Sauerstoffkonzentration in den Knollen.
Leghemoglobin erhöht die Sauerstoffkonzentration in den Knollen.
Nenne einen Organismus, der in Symbiose mit Pflanzen arbeitet, um Wasser aufzunehmen.
Nenne einen Organismus, der in Symbiose mit Pflanzen arbeitet, um Wasser aufzunehmen.
Cyanobakterien fixieren fast _______ % des globalen Ozean Stickstoffs.
Cyanobakterien fixieren fast _______ % des globalen Ozean Stickstoffs.
Ordne die folgenden Organismen ihrer Rolle in der Stickstofffixierung zu:
Ordne die folgenden Organismen ihrer Rolle in der Stickstofffixierung zu:
Welcher Bestandteil der Nitrogenase ist für die Bindung von Sauerstoff sensitiv?
Welcher Bestandteil der Nitrogenase ist für die Bindung von Sauerstoff sensitiv?
Was ist das Hauptprodukt, wenn O2 an RuBisCO gebunden wird?
Was ist das Hauptprodukt, wenn O2 an RuBisCO gebunden wird?
Azotobakterien sind in der Lage, Stickstoff in der Atmosphäre zu fixieren, ohne mit Pflanzen in Symbiose zu stehen.
Azotobakterien sind in der Lage, Stickstoff in der Atmosphäre zu fixieren, ohne mit Pflanzen in Symbiose zu stehen.
Was wird für die Herstellung von ATP benötigt, obwohl die Nitrogenase sauerstoffsensitiv ist?
Was wird für die Herstellung von ATP benötigt, obwohl die Nitrogenase sauerstoffsensitiv ist?
Die Photorespiration verbessert die Effizienz der Photosynthese.
Die Photorespiration verbessert die Effizienz der Photosynthese.
Nenne einen Hauptfaktor, der die selektive Bindung von RuBisCO an CO2 einschränkt.
Nenne einen Hauptfaktor, der die selektive Bindung von RuBisCO an CO2 einschränkt.
Kohlenstoff-Anhydrase beschleunigt die Reaktion von freiem CO2 und Formen von _______.
Kohlenstoff-Anhydrase beschleunigt die Reaktion von freiem CO2 und Formen von _______.
Ordne die folgenden Begriffe ihren Funktionen zu:
Ordne die folgenden Begriffe ihren Funktionen zu:
Wie viel Prozent der photosynthetischen Energie wird durch die Photorespiration verschwendet?
Wie viel Prozent der photosynthetischen Energie wird durch die Photorespiration verschwendet?
Carboxysomen sind Protein Container, die RuBisCO nicht enthalten.
Carboxysomen sind Protein Container, die RuBisCO nicht enthalten.
Welche Reaktion ist für die toxischen Eigenschaften von Phosphoglycolat verantwortlich?
Welche Reaktion ist für die toxischen Eigenschaften von Phosphoglycolat verantwortlich?
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Study Notes
Photorespiration
- O2 kann an das aktive Zentrum von RuBisCO binden, was zu einer wenig effizienten Reaktion führt.
- Bei Bindung von O2 entsteht nur 3-Phosphoglycerat und giftiges Phosphoglycolat, was 25-30% der photosynthetischen Energie verschwendet.
- RuBisCO war historisch weniger selektiv für CO2, da vor dem Great Oxidation Event (GOE) weniger O2 in der Atmosphäre war.
- Um die Effizienz zu steigern, wird eine hohe Konzentration von RuBisCO benötigt.
- Bakterien bilden Carboxysome, die stark gepackte RuBisCO-Moleküle und Carbonhydrase enthalten, um CO2-Konzentrationen zu erhöhen.
Kohlenstoffanhydrase
- Kohlenstoffanhydrase beschleunigt die Gleichgewichtreaktion von CO2, um die Verfügbarkeit für RuBisCO zu erhöhen.
- Es existieren 7 bekannte Kohlenstofffixierungskreisläufe, einschließlich des Calvin-Benson-Zyklus (CBB).
Stickstofffixierung
- Cyanobakterien, wie Trichodesmium, fixieren etwa 50% des Stickstoffs im globalen Ozean.
- Azotobakterien verbessern die Wasseraufnahme von Pflanzen durch Symbiose.
- Rhizobien kolonisieren Wurzelzellen von Hülsenfrüchten, wo sie Stickstoff fixieren.
- Nitrogenase ist sauerstoffsensitiv, daher produziert die Pflanze Leghemoglobin, um O2 in Wurzelknöllen zu reduzieren.
Katabolismus vs. Anabolismus
- Katabolismus umfasst irreversible Schritte in der Glykolyse, die bei der Gluconeogenese überwunden werden müssen.
- NADPH wird benötigt für die Synthese von reduzierten Fettsäuren, hauptsächlich bereitgestellt durch den Pentose-Phosphat-Weg.
- Fettsäuren dienen als Baustoff für Membranen, Energiespeicher und haben zusätzliche Funktionen.
Fettsäurebiosynthese
- Fettsäurebiosynthese nutzt Fettsäure-Synthase (FAS), die sich zwischen Organismen unterscheidet.
- Die Biosynthese ist nicht einfach die Umkehrung der Fettsäureoxidation und beinhaltet enzymgebundene Zwischenprodukte.
- Exergone Fettsäurekette verlängert sich durch Kopplung mit Dekarboxylation.
Aminosäurebiosynthese
- Mehrere Verzweigungspunkte stehen zur Verfügung, um Vorläufer für Aminosäuren zu generieren.
- Einige Aminosäuren können aus Zentralzwischenprodukten synthetisiert werden.
Symbiose von Bakterien
- Saftsaugende Insekten, wie Blattläuse, haben eine stickstoffarme Ernährung und leben in symbiotischer Beziehung mit nicht überlebensfähigen Bakterien, die essentielle Aminosäuren liefern.
Nukleotid-Biosynthese und RNA-Welt-Hypothese
- Nukleobasen werden aus Ribose 5-Phosphat und Aminosäuren synthetisiert.
- RNA könnte als Vorläufer der DNA fungiert haben, da es bei der Synthese von Desoxyribonukleinsäuren fungiert.
Biogeochemischer Kreislauf
- Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe sind essenziell: Atmung, Photosynthese, Nitrifikation, Denitrifikation, Anammox und Stickstofffixierung.
- CO2 wird schnell durch photosynthetische Organismen fixiert und in organische Formen umgewandelt.
- Anthropogene Aktivitäten und mikrobielle Zersetzung tragen zur CO2-Freisetzung bei, was zur globalen Erwärmung führt.
- Bei Stickstoff machen N2-Formen ca. 70% der Atmosphäre aus, die nur durch einige Prokaryoten fixiert werden können.
Photorespiration
- O2 kann an das aktive Zentrum von RuBisCO binden und verursacht ineffiziente Reaktionen.
- Bei Bindung von O2 entsteht 3-Phosphoglycerat und das giftige Phosphoglycolat.
- Photorespiration verbraucht 25-30% der photosynthetischen Energie von Pflanzen.
- RuBisCO entwickelte sich in einer Zeit mit niedriger O2-Konzentration und ist daher nicht selektiv für CO2.
- Bakterien bilden Carboxysome zur Erhöhung der CO2-Konzentration durch dichte RuBisCO-Anhäufung und Kohlenstoffanhydrase.
Kohlenstoff Anhydrase
- Führt zu einem Gleichgewicht zwischen freiem CO2 und anderen Kohlenstoffformen.
- Erhöht die Verfügbarkeit von CO2 für RuBisCO.
- Beschleunigt die Gleichgewichtreaktion in Richtung höherer CO2-Konzentration.
Symbiose basierend auf CO2-Fixierung
- Heterotrophe und photolithotrophe Bakterien arbeiten synergistisch.
- Flechten bestehen aus Pilzen und photosynthetischen Organismen (z.B. Algen).
- Korallen leben in Symbiose mit Dinoflagellaten.
- Seeschnecken nutzen Chloroplasten aus ihrer Nahrung zur Photosynthese.
- Beispiel für Endosymbiose: Cyanobakterien in Eukaryoten.
Kohlenstofffixierung: Gluconeogenese
- Umgekehrte Glykolyse zur Umwandlung von GAP in Zuckermoleküle.
- Wichtiger irreversibler Schritt: Fructose 6-phosphat zu Fructose 1,6-Bisphosphat, katalysiert durch Fructose-1,6-Bisphosphatase.
Stickstoff Fixierung
- Produzenten von NH4+ aus N2, unter Verwendung von Nitrogenase.
- N2 ist stabil und benötigt hohe Aktivierungsenergie zur Reaktion.
- Nitrogenase hat zwei Einheiten: Fe-Protein und MoFe-Protein, und nutzt ATP zur Reduktion von N2.
Wichtige Organismen der Stickstofffixierung
- Cyanobakterien wie Trichodesmium fixieren fast 50% des marinen Stickstoffs.
- Azotobakterien verbessern Wasseraufnahme durch die Bildung von Wurzelknollen.
- Rhizobien kolonisieren Wurzelzellen von Hülsenfrüchten.
- Stickstoff fixierende Symbionten leben in Termiten und Kakerlaken.
Unterschied zwischen Katabolismus und Anabolismus
- Katabolismus erzeugt Energie und Reduktionsäquivalente, Anabolismus benötigt diese.
- Katabolismus hat irreversible Schritte, Anabolismus brot die Gluconeogenese.
- TCA-Zyklus wird in beiden Prozessen genutzt, viele Zwischenprodukte sind identisch.
Glyoxylatzyklus und Anaplerose
- Glyoxylatzyklus überspringt CO2-abelassende Reaktionen und ist für ca. 30% der Arten möglich.
- Anaplerose ergänzt verbrauchte Metaboliten zur Aufrechterhaltung der Reaktionswege im TCA-Zyklus.
Gluconeogenese und Pentosephosphatweg
- Gluconeogenese beginnt mit Pyruvat und produziert Zucker.
- Der Pentosephosphatweg ist entscheidend für die Bereitstellung von NADPH und Ribose.
Kohlenstoffzyklus
- Umfasst Atmung und Photosynthese, wobei 95% des Kohlenstoffs im Erdreich unfixiert ist.
- CO2 wird durch Photosynthese in organische Formen umgewandelt.
- CO2 und CH4 sind Treibhausgase, deren erhöhte Konzentration globale Erwärmung verursacht.
Stickstoffzyklus
- Wichtige Prozesse: Nitrifikation, Denitrifikation, Anammox und Stickstofffixierung.
- N2 ist die stabilste Stickstoffform und macht 70% der Atmosphäre aus.
- Nur wenige Prokaryoten können N2 durch energieintensive Prozesse fixieren.
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