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Fotolyse des Wassers

Durch Lichtabsorption des Fotosystems II gelangen angeregte Elektronen vom Reaktionszentrum (Chlorophyll a-Molekül: P 680) auf ein höheres Energieniveau und werden an einen Akzeptor abgegeben. Die dadurch entstandene Elektronenlücke im Reaktionszentrum wird durch die bei der lichtabhängigen Wasserzersetzung (Fotolyse des Wassers) entstehenden Elektronen wieder aufgefüllt. Zusätzlich entstehen bei dieser Reaktion noch Protonen (Reduktion des Coenzyms ${NADP}^{+}$ ) und Sauerstoff als Abfallprodukt.

Fotosynthese

Die Fotosynthese gehört zum aufbauenden Stoffwechsel. Innerhalb ihres Ablaufs werden mithilfe von Lichtenergie aus anorganischen energiearmen Stoffen organische energiereiche Stoffe hergestellt. Chemoautolithotrophie (Chemosynthese) ist eine andere Form des aufbauenden Stoffwechsels. Die Nutzung der Sonnenenergie durch Fotosynthese ermöglichte erst das Leben auf der Erde. Die Chloroplasten sind die Orte der Fotosynthese.
Die Fotosynthese kann man in lichtabhängige und lichtunabhängige Teilreaktionen untergliedern.
Licht, Wasserversorgung, Temperatur und Kohlenstoffdioxidangebot beeinflussen die Fotosyntheseleistung.

Die Fotosynthese
	ist für die große Mehrzahl der Organismen direkt oder indirekt die Nahrungsgrundlage (Biomasseproduktion);
	liefert für die aeroben Organismen den notwendigen Sauerstoff;
	ist ein wichtiger Prozess im Kohlenstoffkreislauf (jährlicher Verbrauch von ca. 400 Mrd. Tonnen ${CO}_{2}$ );
	stellt langfristige Energieressourcen bereit (Holz, Kohle, Erdöl, Torf);
	hat einen indirekten Einfluss auf die lebensnotwendige Ozonschicht (Schutz vor UV-Strahlung).

Beeinflussung der Fotosyntheseleistung

Die Fotosynthese ist vorwiegend von Licht, Kohlenstoffdioxidkonzentration und Temperatur abhängig, wobei generell der Faktor die Fotosyntheseleistung begrenzt, der im Minimum vorliegt (Gesetz des Minimums von LIEBIG). Die Abhängigkeit der Fotosyntheseleistung von Licht und Kohlenstoffdioxid lässt sich grafisch als Sättigungskurve darstellen. Der Licht- bzw. Kohlenstoffdioxidkompensationspunkt ist für die Pflanzen wichtig, da bei Überschreitung des Kompensationspunkts organische Stoffe innerhalb der Pflanze zur Speicherung von chemischer Energie gebildet werden können. Die Temperaturabhängigkeit der Fotosyntheseleistung wird in Form einer Optimumskurve beschrieben. Die Abhängigkeit der Fotosyntheseleistung von den Faktoren unterscheidet sich zum einen zwischen C3-Pflanzen und Fotosynthesespezialisten (C4-Pflanzen, CAM-Pflanzen) und ebenso bei Licht- und Schattenpflanzen bzw. Licht- und Schattenblättern.

Dichte von Stoffen

Die Dichte gibt an, welche Masse ein Kubikzentimeter Volumen eines Stoffes hat.

Formelzeichen:	$ρ$
Einheiten:	ein Gramm je Kubikzentimeter $(1 \frac{g}{c m^{3}})$
	ein Kilogramm je Kubikmeter $(1 \frac{k g}{m^{3}})$
	ein Gramm je Liter $(\frac{g}{l})$

Die Dichte ist eine für jeden Stoff charakteristische Stoffkonstante. Sie ist abhängig von der Temperatur und vom Druck.

Mondfinsternisse

Allgemein spricht man von einer Finsternis, wenn der Schatten eines Himmelskörpers auf die Oberfläche eines anderen trifft. Eine Mondfinsternis tritt dann ein, wenn der Mond in den Erdschatten tritt. Die Erde befindet sich dann zwischen Sonne und Mond. Es ist Vollmond.

Sonnenfinsternisse

Allgemein spricht man von einer Finsternis, wenn der Schatten eines Himmelskörpers auf die Oberfläche eines anderen trifft. Eine Sonnenfinsternis tritt dann ein, wenn der Schatten des Mondes auf die Erdoberfläche trifft. Der Mond befindet sich dann zwischen Sonne und Erde. Es ist Neumond.

Vierfarbendruck

Vierfarbendruck ist ein Druckverfahren, mit dem farbige Bücher oder andere farbige Materialien hergestellt werden. Auch bei Farbdruckern wird dieses Verfahren genutzt. Mithilfe der Grundfarben der subtraktiven Farbmischung (Gelb, Magenta, Cyan) sowie Schwarz erhält man durch Übereinanderdrucken bzw. Nebeneinanderdrucken die unterschiedlichsten Farben.

Fernsehen

Fernsehen ist die Übertragung von Informationen (Bildern, Sprache usw.) mithilfe elektromagnetischer Wellen. Die erste technische Lösung dafür fand der deutsche Techniker PAUL NIPKOW. MANFRED VON ARDENNE führte 1931 erstmals das elektronische Fernsehen vor. Dabei wurden Elektronenstrahlröhren verwendet, die nach ihrem Erfinder auch braunsche Röhren genannt werden.
Breit eingeführt wurde das Fernsehen aber erst ab den fünfziger Jahren des 20. Jahrhunderts, zunächst als Schwarz-Weiß-Fernsehen, ab Mitte der sechziger Jahre als Farbfernsehen, so wie wir es heute kennen.

Galvanisieren

Als Galvanisierung bezeichnet man alle Verfahren, bei denen elektrisch leitende oder leitend gemachte Gegenstände mit einer Metallschicht überzogen werden.

Glühlampen

Glühlampen sind die am weitesten verbreiteten elektrischen Lichtquellen, die vor allem zur Beleuchtung von Räumen und Arbeitsplätzen sowie zur Fahrzeugbeleuchtung dienen.
Genutzt wird bei Glühlampen die Lichtwirkung des elektrischen Stromes bei Stromfluss durch einen metallischen Leiter, den Glühdraht.
Die ersten Glühlampen wurden von dem Deutschen HEINRICH GOEBEL (1818-1893), dem Russen ALEXANDER LODYGIN (1847-1923) und dem amerikanischen Erfinder THOMAS ALVA EDISON (1847-1931) entwickelt. Insbesondere EDISON gelang es, erste im Alltag wirklich brauchbare Glühlampen zu bauen.

Leitung in Flüssigkeiten

In Flüssigkeiten erfolgt nur dann ein Leitungsvorgang, wenn durch Dissoziation frei bewegliche (wanderungsfähige) Ionen vorhanden sind. Beim Anlegen einer Spannung und damit beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes bewegen sich die Ionen gerichtet. Es wird elektrische Energie in thermische Energie umgewandelt. Mit den Ionen erfolgt auch ein Stofftransport.

Leuchtstofflampen

Leuchtstofflampen, auch Leuchtstoffröhren oder Energiesparlampen genannt, sind Lichtquellen, bei denen elektrische Leitungsvorgänge in Gasen und die damit verbundenen Leuchterscheinungen genutzt werden. Die umfangreichere Nutzung von Leuchtstofflampen begann erst in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts. 1986 kamen die ersten elektronisch geregelten kompakten Leuchtstofflampen (Energiesparlampen) auf den Markt. Durch sie können herkömmliche Glühlampen ersetzt werden.
Der Hauptvorteil von Leuchtstofflampen gegenüber herkömmlichen Glühlampen besteht in ihrem etwa 5-mal so hohen Wirkungsgrad.

Monozelle

Eine Monozelle ist eine elektrische Quelle, bei der durch chemische Reaktionen Elektronen für die elektrische Leitung zur Verfügung gestellt werden. Ist die chemische Reaktion vollständig beendet, kann keine weitere elektrische Energie aus der Monozelle bezogen werden. Anders als ein Akkumulator ist eine Monozelle also nicht wieder aufladbar.

Nucleinsäuren als Träger und Speicher der genetischen Information

Das Wissen über die chemische Struktur von Nucleinsäuren ist eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis der Funktion von DNA als Speicher der Erbinformation und der RNA als funktionelles Molekül bei der Genexpression. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde entdeckt, dass Nucleinsäuren vier Typen von Nucleotiden enthalten, die aus einer stickstoffhaltigen Base, einer Phosphatgruppe und einer Pentose (Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen) bestehen. DNA wird durch enzymatische Polymerisation aufgebaut. Ein alter DNA-Strang dient als Matrize für die Synthese eines neuen Strangs. Die Nucleotidbausteine werden durch komplementäre Basenpaarung positioniert und durch eine Polymerase mit dem benachbarten Nucleotid verknüpft, um den neuen Strang aufzubauen.

Kegelschnitte

Reguläre Kegelschnitte entstehen, wenn die Mantelfläche eines geraden Kreiskegels (Doppelkegel) von einer Ebene geschnitten wird, die nicht durch die Spitze S des Kreiskegels geht. Je nach der Lage der Schnittebene unterscheidet man verschiedene Kegelschnittkurven: Ellipsen, Parabeln, Hyperbeln, Kreise.

Düngemittel

Pflanzenwachstum entzieht dem Boden nach und nach die für die Bildung von Biomasse erforderlichen Mineralsalzionen. In einem natürlichen Biotop werden sie durch die Stoffkreisläufe der darin befindlichen Lebewesen immer wieder ergänzt; anders auf den vom Menschen genutzten Feldern und Wiesen.

Durch Wachstum und Ernte werden dem Boden ständig Mineralsalze entzogen, werden aber nicht auf natürlichen Weg wieder zurückgeführt. Der Boden würde ohne entsprechende Düngung verarmen.

Jean Baptiste de Lamarck

* 01.08.1744 in Bazentin-le-Petit
† 18.12.1829 in Paris

LAMARCK war ein Botaniker und Zoologe, der sich neben umfangreichen systematischen Arbeiten dem Evolutionsgedanken widmete. Seine Evolutionstheorie besagte, dass die Lebewesen durch einen inneren Drang zur Vervollkommnung veranlasst würden, bestimmte Organe stärker oder schwächer zu betätigen. Dies führte zu erworbenen Veränderungen im Bauplan der Lebewesen, welche schließlich unter bestimmten Voraussetzungen an die Nachkommen vererbt werden könnten. Nach LAMARCK ist zum Beispiel die Länge des Giraffenhalses auf beständiges Hinaufrecken zum Laub der Bäume zurückzuführen. LAMARCK war der erste, der den Begriff „Biologie“ benutzt hat.

Falten

Die Mittelsenkrechten, Seitenhalbierenden und Winkelhalbierenden eines aus Papier ausgeschnittenen beliebigen Dreiecks lassen sich durch Falten erzeugen.

Der Eucyt – die Zelle der Eukaryoten

Der zelluläre Baustein aller Eukaryoten, gleichgültig ob Ein- oder Vielzeller, Pflanzen, Pilze oder Tiere, ist der Eucyt. Gegenüber dem Procyten zeichnet sich dieser Zelltyp grundsätzlich in erster Linie durch folgende Baueigenheiten aus:

	Er besitzt einen Membran umgebenen Zellkern mit Chromosomen, der sich bei der Zellvermehrung als Erstes teilt (Mitose).
	Er weist ein ausgeprägtes Membransystem und eine starke innere Kompartimentierung auf.
	Als Zellorganellen treten Mitochondrien, oft auch Geißeln (Undulipodien) und Plastiden auf.
	Er besitzt im Cytoplasma Ribosomen vom 80 S-Typ.

Entdeckungsgeschichte der Zelle

Was die Wissenschaft heute vom Bau der Zelle und ihren Funktionen weiß, wie sie diese zu nutzen versteht, sie physiologisch beeinflussen und in ihrem Erbgut verändern kann, das ist das Ergebnis eines fast 350 Jahre währenden Erkenntnis- und Forschungsprozesses. Erst nach der Entwicklung stark vergrößernder optischer Geräte war es überhaupt möglich, die kleinsten Bestandteile eines Lebewesens sichtbar zu machen. Eine bedeutende Rolle nahm dabei die Konstruktion des Mikroskops ein. Viele Wissenschaftler beschäftigten sich seitdem mit der Erforschung der Zellen, ihrer Strukturen, Eigenschaften und Bestandteile und reicherten den Erkenntnisstand bis zum heute verfügbaren Wissen an.

Grundstrukturen: Membran, Fibrille, Granum

So wie ein Haus aus Ziegeln, Betonteilen und Balken entsteht, so dienen auch relativ wenige Grundstrukturen zur Ausbildung von Zellorganellen und -bestandteilen. Immer wiederkehrende Grundstrukturen sind

	die Membran,
	die Fibrille,
	das Granum.

Membranmodelle im Wandel der Zeit

Biomembranen sind häutchenartige Abgrenzungsstrukturen des Cytoplasmas, die eine lebende Zelle von außen umgeben und auch ihr Inneres durchziehen. Biomembranen sorgen für eine Kompartimentierung der Zelle: Jede Zelle enthält zahlreiche, unterschiedlich gestaltete Reaktionsräume (Kompartimente), die gegeneinander durch Biomembranen abgegrenzt sind. Alle Biomembranen trennen einzig und allein Plasma (plasmatische Phasen) von Nichtplasma (nichtplasmatischen Phasen) ab. Biomembranen haben vor allem zwei Funktionen:

	Sie stellen als semipermeable Strukturen eine Diffusionsbarriere dar und halten ein Konzentrationsgefälle zwischen verschiedenen Zellkompartimenten aufrecht.
	Sie dienen der Transportvermittlung und regulieren den Stoffaustausch zwischen den Zellkompartimenten.

Kleine hydrophile Moleküle dringen leicht durch die Membran. Für sie besteht eine Siebwirkung. Die Membranen müssen von winzigen Poren (Durchmesser ca. 0,4 nm) durchsetzt sein. Hydrophile Moleküle mit einer Molekülmasse von über 80 u können die meisten Membranen nicht mehr durchqueren. Da fettlösliche Stoffe, sogar größere lipophile Moleküle, die Membran ziemlich leicht passieren, muss ein Großteil der Membran aus Lipiden aufgebaut sein. Lipidlösungsmittel und Lipasen zerstören die Membranen.

Dissoziationsgleichgewicht des Wassers und pH-Wert

Säuren werden zum Konservieren verwendet und sind Inhaltsstoffe in vielen Getränken. Außerdem werden sie zum Entkalken eingesetzt. Basen sind Inhaltsstoffe von Sanitärreinigern. Eines der häufigsten Schlagwörter, das in der Werbung gebraucht wird, ist der pH-Wert. Man spricht von pH-neutral, hautverträglich oder hautneutral. Doch was ist der pH-Wert und welcher Zusammenhang besteht zu chemischen Eigenschaften des Wassers?

Der Procyt – die Zelle der Prokaryoten

Der Procyt ist der typische Baustein der Prokaryoten. Das sind meistens einzellige, erdgeschichtlich alte Lebewesen. Innerhalb der Prokarya kann man die ursprünglichen Archaea (Archaebakterien) und die Bacteria (Eubakterien) unterscheiden. Die Procyten haben sich wahrscheinlich vor über 4 Mrd. Jahren, also lange vor den Eucyten, herausgebildet. Sie sind relativ einfach gebaut. Es haben sich aber im Laufe der Evolution eine Vielzahl von Formen entwickelt, die zu unterschiedlichen physiologischen und biochemischen Leistungen in der Lage sind.

Stoffkreisläufe

Natürliche Kreisläufe sind Stoffkreisläufe, die durch Energieumwandlungen aufrechterhalten werden. Die Stoffe in den Kreisläufen unterliegen in unterschiedlichem Maße verschiedenen physikalischen, chemischen oder biogeochemischen Zustandsveränderungen. In den Kreisläufen der Stoffe werden entweder nur der Weg eines chemischen Elements und seiner anorganischen und organischen Verbindungen, oder der Weg einer einzigen Verbindung eines Elementes betrachtet.