Biologie Semester 1 Zusammenfassung
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Questions and Answers

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.

    False

    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 _____ .

    <p>Rechts</p> Signup and view all the answers

    Ordne die folgenden Begriffe ihren Beschreibungen zu:

    <p>RuBisCO = Ein Enzym, das CO2 fixiert Photorespiration = Verschwendung von photosynthetischer Energie Kohlenstoff-Anhydrase = Beschleunigt die Umwandlung von CO2 3-Phosphoglycerat = Ein Produkt der RuBisCO-Reaktion mit O2</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Hypothesen erklärt, warum RuBisCO nicht selektiver für CO2 ist?

    <p>Die Erde hatte vor dem GOE weniger O2.</p> Signup and view all the answers

    Insgesamt sind 5 Kreisläufe zur CO2 Fixierung bekannt.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Wie viel Prozent der photosynthetischen Energie wird durch die Photorespiration verschwendet?

    <p>25-30%</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Hauptmaterial, das die Nitrogenase benötigt, um die Dreifachbindung von N2 aufzubrechen?

    <p>ATP</p> Signup and view all the answers

    Die Nitrogenase besteht aus einem einzigen Protein.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nennen Sie einen wichtigen Organismus, der Stickstoff fixieren kann.

    <p>Cyanobakterien</p> Signup and view all the answers

    ___ fixierende Bakterien kolonisieren Wurzelzellen von Hülsenfrüchten.

    <p>Rhizobien</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die Organismen ihren Eigenschaften zu:

    <p>Cyanobakterien = Fixieren Stickstoff im Ozean Azotobakterien = Erhöhen Wasserversorgung von Pflanzen Termiten = Darm-Symbionten für Stickstofffixierung Rhizobien = Kolonisieren Wurzeln von Hülsenfrüchten</p> Signup and view all the answers

    Welches Element wird im reaktiven Zentrum der Nitrogenase gefunden?

    <p>Kohlestoff</p> Signup and view all the answers

    Leghemoglobin wird in Pflanzen produziert, um die Sauerstoffkonzentration in den Knollen zu erhöhen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was sind die zwei irreversiblen Schritte in der Glykolyse, die Unterschiede in der Biochemie aufweisen?

    <p>Fruktose-1,6-bisphosphat zu Glycerinaldehyd-3-phosphat und Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat</p> Signup and view all the answers

    Welches Molekül wird hauptsächlich durch den Pentose Phosphat Weg bereitgestellt?

    <p>NADPH</p> Signup and view all the answers

    Die Fettsäure Biosynthese ist die Rückreaktion der Fettsäure Oxidation.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nenne ein wichtiges Enzym, das bei der Fettsäure Biosynthese beteiligt ist.

    <p>Fettsäure Synthase</p> Signup and view all the answers

    Die __________ liefert die Energie für die Fettsäure Kettenverlängerung durch Kopplung mit Dekarboxylation.

    <p>Decarboxylation</p> Signup and view all the answers

    Ordne die Prozesse ihren entsprechenden Metabolismus zu:

    <p>Fettsäure Biosynthese = Anabolismus Fettsäure Oxidation = Katabolismus</p> Signup and view all the answers

    Welche Funktion haben Fettsäuren in der Zelle?

    <p>Baustoff für Membranen</p> Signup and view all the answers

    Die Fettsäure Synthase in Bakterien ist ähnlich komplex wie in Tieren.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was ist ein Unterschied zwischen der Fettsäure Biosynthese und der Fettsäure Oxidation?

    <p>Zwischenprodukte sind enzymgebunden.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Prozesse sind wichtige Kohlenstoffumwandlungsprozesse?

    <p>Atmung</p> Signup and view all the answers

    CO2 ist das am schnellsten transferierte Kohlenstoffreservoir in der Atmosphäre.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Nennen Sie zwei Gruppen von Organismen, die Photosynthese betreiben.

    <p>Pflanzen und Bakterien</p> Signup and view all the answers

    N2 macht etwa _______ % unserer Atmosphäre aus.

    <p>70</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die Stickstoffumwandlungsprozesse den richtigen Beschreibungen zu:

    <p>Nitrifikation = Umwandlung von Ammonium zu Nitrat Denitrifikation = Reduktion von Nitrat zu N2 Anammox = Anaerobe Oxidation von Ammonium Stickstofffixierung = Umwandlung von N2 zu biologisch nutzbarem Stickstoff</p> Signup and view all the answers

    Was führt zur Erhöhung von Treibhausgasen wie CO2 und CH4?

    <p>Menschengemachte Aktivitäten</p> Signup and view all the answers

    Methanhydrate bilden sich bei hohen Temperaturen und niedrigem Druck.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Welche Prozesse gehören zur Stickstoffumsetzung?

    <p>Nitrifikation, Denitrifikation, Anammox, Stickstofffixierung</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen über Aminosäuren ist korrekt?

    <p>Einige Aminosäuren dienen als Vorläufer für andere Aminosäuren.</p> Signup and view all the answers

    Blattläuse haben eine stickstoffreiche Ernährung.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was sind Bakteriome?

    <p>Organe, in denen Bakterien leben und aus Bakteriozyten bestehen.</p> Signup and view all the answers

    Die Biosynthese der Nucleobasen beginnt mit __________ und zwei Aminosäuren.

    <p>Ribose 5-Phosphat</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die folgenden Begriffe den passenden Beschreibungen zu:

    <p>Glycin = Eine Aminosäure, die zur Synthese von Nucleobasen benötigt wird. Ribonukleinsäure = Vorläufer der Desoxyribonukleinsäure. Ribonukleotid Reduktase = Das Enzym, das Sauerstoffatome entfernt. Blattläuse = Insekten mit stickstoffarmer Ernährung, die sie durch Symbionten ausgleichen.</p> Signup and view all the answers

    Welche Hypothese beschreibt die Entwicklung von RNA zu DNA?

    <p>RNA-Welt-Hypothese</p> Signup and view all the answers

    Aminosäuren können nur aus ein oder zwei zentralen Zwischenprodukten synthetisiert werden.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Wie wird das blau eingefärbte Sauerstoffatom in Ribosen entfernt?

    <p>Durch komplexe Enzyme wie Ribonukleotid Reduktase.</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Kohlenstoffumwandlungsprozesse sind wichtig?

    <p>Photosynthese</p> Signup and view all the answers

    Methanhydrate entstehen unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nenne einen der vier wichtigen Stickstoffumwandlungsprozesse.

    <p>Nitrifikation</p> Signup and view all the answers

    N2 macht ca. _______ % unserer Atmosphäre aus.

    <p>70</p> Signup and view all the answers

    Ordne die folgenden Kohlenstoff- und Stickstoffumwandlungsprozesse den richtigen Beschreibungen zu:

    <p>Nitrifikation = Umwandlung von Ammonium zu Nitrat Denitrifikation = Reduktion von Nitrat zu N2 Photosynthese = Umwandlung von CO2 in organischen Kohlenstoff Stickstofffixierung = Umwandlung von N2 in bioverfügbaren Stickstoff</p> Signup and view all the answers

    Was ist die größte Quelle für CO2 in der Atmosphäre?

    <p>Mikrobielle Zersetzung</p> Signup and view all the answers

    CO2 wird durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernt.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Wie nennt man die Reaktion, bei der CO2 und H2O in organischen Kohlenstoff umgesetzt werden?

    <p>Photosynthese</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Organismen gehen symbiotische Beziehungen ein?

    <p>Alle oben genannten Optionen</p> Signup and view all the answers

    Die Nitrogenase ist nur in Pflanzen vorhanden.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptzweck der Enzyme, die bei der Stickstofffixierung beteiligt sind?

    <p>Um N2 in NH4+ umzuwandeln.</p> Signup and view all the answers

    Der ___________ ist ein irreversibler Schritt in der Glykolyse.

    <p>Übergang von Fructose 6-phosphat zu Fructose 1,6-Bisphosphat</p> Signup and view all the answers

    Ordne die folgenden Prozesse ihren korrekten Beschreibungen zu:

    <p>Gluconeogenese = Umwandlung von GAP in Zelleigene Zucker Stickstofffixierung = Reduktion von N2 zu NH4+ Symbiose = Wechselbeziehung zwischen verschiedenen Organismen Photosynthese = Umwandlung von Licht in chemische Energie</p> Signup and view all the answers

    Welche Energiequelle nutzen photolithotrophe Organismen zur Kohlenstofffixierung?

    <p>Lichtenergie</p> Signup and view all the answers

    Die Reaktion von N2 zu NH4+ ist endergonisch und benötigt wenig Aktivierungsenergie.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nenne ein Beispiel für eine Symbiose zwischen einem Pilz und einem photosynthetischen Organismus.

    <p>Flechten</p> Signup and view all the answers

    Welche der folgenden Aussagen beschreibt den Hauptunterschied zwischen Katabolismus und Anabolismus?

    <p>Katabolismus stellt Reduktionsäquivalente her, Anabolismus benötigt sie.</p> Signup and view all the answers

    Die Gluconeogenese ist der umgekehrte Weg der Glykolyse.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Nennen Sie das Hauptziel der Anaplerose.

    <p>Ergänzung aufgebrauchter Metaboliten.</p> Signup and view all the answers

    Der _______ Zyklus gibt es sowohl im Katabolismus als auch im Anabolismus.

    <p>TCA</p> Signup and view all the answers

    Ordnen Sie die folgenden Begriffe ihren Beschreibungen zu:

    <p>Gluconeogenese = Produktion von Glukose aus Nicht-Kohlenhydraten TCA Zyklus = Zentraler Stoffwechselweg zur Energiegewinnung Katabolismus = Abbau von Biomolekülen Anabolismus = Aufbau von Biomolekülen</p> Signup and view all the answers

    Welche Aussage über den Glyoxylatzyklus ist korrekt?

    <p>Er überspringt die CO2-abgebenden Reaktionen des TCA Zyklus.</p> Signup and view all the answers

    Alle Spezies können den Glyoxylatzyklus durchführen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Ziel des Pentose Phosphat Weges?

    <p>Produktion von NADPH und Ribose-5-Phosphat.</p> Signup and view all the answers

    Was ist der Hauptbestandteil der Nitrogenase, der ATP verwendet?

    <p>Fe Protein und MoFe Protein</p> Signup and view all the answers

    Leghemoglobin erhöht die Sauerstoffkonzentration in den Knollen.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nenne einen Organismus, der in Symbiose mit Pflanzen arbeitet, um Wasser aufzunehmen.

    <p>Azotobakterien</p> Signup and view all the answers

    Cyanobakterien fixieren fast _______ % des globalen Ozean Stickstoffs.

    <p>50</p> Signup and view all the answers

    Ordne die folgenden Organismen ihrer Rolle in der Stickstofffixierung zu:

    <p>Cyanobakterien = Fixierung von Stickstoff im Ozean Azotobakterien = Symbiose mit Pflanzen Rhizobia = Kolonisation von Wurzelzellen Termiten = Stickstofffixierende Darmbakterien</p> Signup and view all the answers

    Welcher Bestandteil der Nitrogenase ist für die Bindung von Sauerstoff sensitiv?

    <p>M Cluster</p> Signup and view all the answers

    Was ist das Hauptprodukt, wenn O2 an RuBisCO gebunden wird?

    <p>3-Phosphoglycerat</p> Signup and view all the answers

    Azotobakterien sind in der Lage, Stickstoff in der Atmosphäre zu fixieren, ohne mit Pflanzen in Symbiose zu stehen.

    <p>True</p> Signup and view all the answers

    Was wird für die Herstellung von ATP benötigt, obwohl die Nitrogenase sauerstoffsensitiv ist?

    <p>Sauerstoff</p> Signup and view all the answers

    Die Photorespiration verbessert die Effizienz der Photosynthese.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Nenne einen Hauptfaktor, der die selektive Bindung von RuBisCO an CO2 einschränkt.

    <p>der geringe CO2-Gehalt vor dem GOE</p> Signup and view all the answers

    Kohlenstoff-Anhydrase beschleunigt die Reaktion von freiem CO2 und Formen von _______.

    <p>Kohlenstoff</p> Signup and view all the answers

    Ordne die folgenden Begriffe ihren Funktionen zu:

    <p>RuBisCO = Bindet CO2 und O2 Carboxysomen = Erhöhen die CO2-Konzentration Kohlenstoff-Anhydrase = Beschleunigt das Gleichgewicht Phosphoglycolat = Giftige Nebenprodukt der Photorespiration</p> Signup and view all the answers

    Wie viel Prozent der photosynthetischen Energie wird durch die Photorespiration verschwendet?

    <p>25-30%</p> Signup and view all the answers

    Carboxysomen sind Protein Container, die RuBisCO nicht enthalten.

    <p>False</p> Signup and view all the answers

    Welche Reaktion ist für die toxischen Eigenschaften von Phosphoglycolat verantwortlich?

    <p>Die Photorespiration</p> Signup and view all the answers

    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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