Temperatur

2.4 Temperatur

Folien
Seit Ende Dezember 2006 biete ich den ersten Foliensatz zum Thema Photosynthese an. Er besteht aus 20 Folien zum Thema "Fotosynthesefaktoren". Nähere Informationen hier!

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Die Photosynthese ist - wie jede biochemische Reaktion - von der Temperatur abhängig. Allgemein kann man sagen, dass die Photosyntheserate den Verlauf einer Optimumskurve hat, wenn man sie gegen die Temperatur aufträgt.
Bei niedrigen Temperaturen hat eine Temperaturerhöhung eine Steigerung der PS-Rate zur Folge, aufgrund der allgemein geltenden RGT-Regel (10° Erwärmung = Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit).
Bei höheren Temperaturen, so ab 30°C, werden die für die Photosynthese verantworlichen Enzyme geschädigt, ab 40°C fangen sie an zu denaturieren. Die PS-Rate sinkt jetzt drastisch.
Die optimale Temperatur hängt natürlich von der Umwelt und dem Anpassungsgrad der Pflanze an diese Umwelt ab. Eine Wüstenpflanze wird ein höheres Temperaturoptimum haben als ein Kraut, welches nahe dem Polarkreis lebt.

Nach neueren wissenschaftlichen Erkenntnissen (Spektrum der Wissenschaft 1/2001) sind es vor allem die Lipide der Thylakoidmembran, die für den Rückgang der Photosyntheserate bei höheren Temperaturen verantwortlich sind. Im Vergleich zu einer "normalen" Biomembran ist die Thylakoidmembran ziemlich flüssig, das liegt an den vielen ungesättigten Fettsäuren.
Warum die Thylakoidmembran so flüssig ist, haben die Wissenschaftler auch herausgefunden: die ATPase, durch die die Protonen fließen müssen (siehe Lichtreaktion), ist ein sehr bewegliches Enzym. Es wird von den hindurchströmenden Protonen in Rotation versetzt. Wenn sich die ATPase dann dreht, entsteht das ATP. Die Membran "muss daher flüssig genug sein, um die Drehung der ATP-Synthase zu erlauben, trotzdem aber fest genug, um dem Druck der Protonen zu widerstehen, die zuvor mittels Sonnenenergie auf die eine Seite der Membran gepumpt wurden." (SpdW 1/2001).
Nach diesen Ergebnissen zu urteilen, kommt es zum Rückgang der PS-Rate,weil die Thylakoidmembran zu flüssig wird. Die Protonen können dann durch die Membran diffundieren, anstatt den vorgesehenen Weg durch die ATPase zu nehmen. Dann wird natürlich kein ATP mehr hergestellt, und die Dunkelreaktion, die ja auf ATP angewiesen ist, kann nicht mehr stattfinden.
Japanische Forscher haben nun den experimentellen Beweis für diese Vermutung geliefert, indem sie Tabakpflanzen gentechnisch erzeugten, deren Thylakoidmembranen weniger gesättigte Fettsäuren enthielt. Und tatsächlich, diese Pflanzen konnten bei wesentlich höheren Temperaturen noch Photosynthese betreiben: "Beim Erwärmen auf 40 Grad stieg ihre Photosyntheseleistung sogar um 20 Prozent und lag selbst bei 45 Grad noch auf dem Niveau von normalen Pflanzen bei Zimmertemperatur. Entsprechend wuchs der genveränderte Tabak bei höheren Temperaturen viel besser. Er überstand sogar unbeschadet drei Tage bei 47 Grad Celsius – Bedingungen, unter denen die Wildtyp-Exemplare eingingen."

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Ulrich Helmich, im Juni 2001

Sie sind Besucher Nr. seit dem Erreichen der 12-Millionen-Marke am 16.01.2011

IMPRESSUM

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Die Photosynthese ist - wie jede biochemische Reaktion - von der Temperatur abhängig. Allgemein kann man sagen, dass die Photosyntheserate den Verlauf einer Optimumskurve hat, wenn man sie gegen die Temperatur aufträgt. Bei niedrigen Temperaturen hat eine Temperaturerhöhung eine Steigerung der PS-Rate zur Folge, aufgrund der allgemein geltenden RGT-Regel (10° Erwärmung = Verdopplung der Reaktionsgeschwindigkeit). Bei höheren Temperaturen, so ab 30°C, werden die für die Photosynthese verantworlichen Enzyme geschädigt, ab 40°C fangen sie an zu denaturieren. Die PS-Rate sinkt jetzt drastisch. Die optimale Temperatur hängt natürlich von der Umwelt und dem Anpassungsgrad der Pflanze an diese Umwelt ab. Eine Wüstenpflanze wird ein höheres Temperaturoptimum haben als ein Kraut, welches nahe dem Polarkreis lebt.
Nach neueren wissenschaftlichen Erkenntnissen (Spektrum der Wissenschaft 1/2001) sind es vor allem die Lipide der Thylakoidmembran, die für den Rückgang der Photosyntheserate bei höheren Temperaturen verantwortlich sind. Im Vergleich zu einer "normalen" Biomembran ist die Thylakoidmembran ziemlich flüssig, das liegt an den vielen ungesättigten Fettsäuren. Warum die Thylakoidmembran so flüssig ist, haben die Wissenschaftler auch herausgefunden: die ATPase, durch die die Protonen fließen müssen (siehe Lichtreaktion), ist ein sehr bewegliches Enzym. Es wird von den hindurchströmenden Protonen in Rotation versetzt. Wenn sich die ATPase dann dreht, entsteht das ATP. Die Membran "muss daher flüssig genug sein, um die Drehung der ATP-Synthase zu erlauben, trotzdem aber fest genug, um dem Druck der Protonen zu widerstehen, die zuvor mittels Sonnenenergie auf die eine Seite der Membran gepumpt wurden." (SpdW 1/2001). Nach diesen Ergebnissen zu urteilen, kommt es zum Rückgang der PS-Rate,weil die Thylakoidmembran zu flüssig wird. Die Protonen können dann durch die Membran diffundieren, anstatt den vorgesehenen Weg durch die ATPase zu nehmen. Dann wird natürlich kein ATP mehr hergestellt, und die Dunkelreaktion, die ja auf ATP angewiesen ist, kann nicht mehr stattfinden. Japanische Forscher haben nun den experimentellen Beweis für diese Vermutung geliefert, indem sie Tabakpflanzen gentechnisch erzeugten, deren Thylakoidmembranen weniger gesättigte Fettsäuren enthielt. Und tatsächlich, diese Pflanzen konnten bei wesentlich höheren Temperaturen noch Photosynthese betreiben: "Beim Erwärmen auf 40 Grad stieg ihre Photosyntheseleistung sogar um 20 Prozent und lag selbst bei 45 Grad noch auf dem Niveau von normalen Pflanzen bei Zimmertemperatur. Entsprechend wuchs der genveränderte Tabak bei höheren Temperaturen viel besser. Er überstand sogar unbeschadet drei Tage bei 47 Grad Celsius – Bedingungen, unter denen die Wildtyp-Exemplare eingingen."

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