Lichtreaktion und Calvin-Zyklus

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1 Didaktische FWU-DVD Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Chemie Biologie Klasse Klasse Trailer ansehen

2 Schlagwörter ATP; Biomasse; Blatt (Pflanze); Calvin-Zyklus; Calvin, Melvin; Chlorophyll; Chloroplast; Cuticula; Diffusion; Dunkelreaktion; Elektron; Elektronentransportkette; Energie; Enzym; Filmanalyse; Fotolyse; Fotosynthese; Fotosystem; Glucose; Grafikkompetenz; Granum; Kohlenhydrate; Kohlenstoff; Kohlenstoffdioxid; Laubbaum; Laubblatt; Lichtreaktion; Lichtsammelfalle; Membran; Molekül; NADPH; Palisadengewebe; Pigment; Proton; Sauerstoff; Schwammgewebe; Sonnenlicht; Spaltöffnung; Stroma; Thylakoid; Wasser; Zelle (Biologie) Systematik Chemie Biologie Organische Chemie Kohlenwasserstoffe; Polymere Stoffe, Naturstoffe; Reaktionsmechanismen Biochemie Molekulare Grundlagen der Organismen; Stoffwechselvorgänge Allgemeine Biologie Evolution; Biochemie; Zellenlehre Botanik Allgemeine Botanik Ökologie Ökologische Grundlagen; Stoffkreisläufe 2

3 Zum Inhalt Lichtreaktion und Calvin-Zyklus (Film 17 min) Der Film beschäftigt sich auf biochemischer Ebene mit den Abläufen der Fotosynthese, der Lichtreaktion und dem Calvin-Zyklus, auch Dunkelreaktion genannt. Zunächst wird auf die Bedeutung der Fotosynthese von Pflanzen eingegangen und der Begriff definiert. Anschließend werden der Querschnitt eines Laubblatts betrachtet und die Chloroplasten als wichtigstes Zellorganell für die Fotosynthese mit ihrem Feinbau vorgestellt. Dabei werden auch die beiden Fotosysteme I und II mit den Lichtsammelfallen angesprochen. Detailliert wird nun die Lichtreaktion also die Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie erläutert und die Rolle der Elektronentransportkette geklärt. Analog wird die Dunkelreaktion der sogenannte Calvin-Zyklus mit seinen drei Phasen beschrieben. Zum Schluss wird die Gesamtgleichung der Fotosynthese aufgeschlüsselt. Filmsequenzen Die Bedeutung der Fotosynthese (1:10 min) Diese Sequenz unterstreicht die Wichtigkeit des Prozesses der Fotosynthese für Pflanzen und tierische Lebewesen und führt in die Grundlagen der Fotosynthese ein. 3

4 Die Chloroplasten als Ort der Fotosynthese (2:20 min) In dieser Sequenz wird ein Laubblatt im Querschnitt genauer betrachtet und auf die Chloroplasten mit drei Membranen, Stroma und den Thylakoidstapeln auch Grana genannt im Besonderen eingegangen. Die Fotosysteme I und II (2:20 min) Diese Sequenz gibt einen umfassenden Überblick zu den für die Fotosynthese wichtigsten Strukturen in der Thylakoidmembran den Fotosystemen I und II und schildert detailliert deren Aufbau. Die Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie (4:40 min) Diese Sequenz beschäftigt sich mit den einzelnen Schritten, die bei der Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie stattfinden. Vor allem die Rolle der Elektronen sowie der Elektronentransportkette und des ATP sowie NADPH bei der Lichtreaktion werden erläutert. Der Calvin-Zyklus (4:00 min) In dieser Sequenz wird der Calvin-Zyklus definiert. Dabei wird mit dem in der Lichtreaktion entstandenen ATP und NADPH aus Kohlenstoffdioxid in mehreren Vorgängen der CO 2 -Fixierung, der Reduktion von PGS zu PGA sowie der Regeneration des Ribulose-1,5-bisphosphats Glucose aufgebaut. 4

5 Die Gesamtgleichung der Fotosynthese (1:10 min) In der letzten Sequenz wird die Gesamtgleichung aus Licht- und Dunkelreaktion hergeleitet und nochmals auf die enorme Bedeutung der Fotosynthese für das Leben auf der Erde hingewiesen. Grafiken Aufbau eines Laubblatts (6 Grafiken) Anhand dieser Grafiken können die einzelnen Schichten eines Laubblatts im Querschnitt sowie die Zellen, die Lage der Cuticula, des Palisadengewebes, des Schwammgewebes sowie der Spaltöffnungen erklärt werden. Chloroplasten (5 Grafiken) Diese Grafiken zeigen den Feinbau eines Chloroplasten im Ganzen, die Doppelmembran der Hülle sowie Stroma, Granum und Thylakoid. Fotosysteme (Grafik) In dieser Grafik sind die Lage und Unterscheidung der Fotosysteme I und II in der Thylakoidmembran eines Chloroplasten ersichtlich. Lichtreaktion (6 Grafiken) Auf diesen Grafiken wird der Ablauf der Lichtreaktion deutlich. Außerdem beschreibt eine Grafik die Lichtreaktion zusammengefasst. 5

6 Calvin-Zyklus (3 Grafiken) Hier werden die drei Phasen des Calvin- Zyklus vorgestellt: CO 2 -Fixierung, Reduktion und Regeneration. Gesamtgleichung der Fotosynthese (Grafik) Diese Grafik zeigt die Gesamtgleichung der Fotosynthese. Dunkelreaktionen (5 Grafiken) Anhand dieser Grafiken werden die Prozesse der Dunkelreaktionen veranschaulicht. Überdies beschreibt eine Grafik die Dunkelreaktion zusammengefasst. Licht- und Dunkelreaktion (2 Grafiken) Mithilfe dieser beiden Grafiken können die Licht- und Dunkelreaktion in Kombination betrachtet werden auch im Hinblick auf die Energieverteilung. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler kennen den Aufbau eines Blattes; lernen, welche Rolle Chloroplasten bei der Fotosynthese spielen; wissen, dass Lichtsammelfallen die Sonnenenergie zu den Fotosystemen weiterleiten; lernen die Lichtreaktion kennen; wissen um die chemischen Abläufe der Dunkelreaktion; 6

7 erläutern Stoff- und Energiewechselprozesse als grundlegende Lebensfunktion aller Organismen; lernen die Gesamtgleichung der Fotosynthesereaktion kennen; verstehen, dass die Fotosynthese ein Zusammenspiel aus Licht- und Dunkelreaktion ist; erkennen und erklären die Fotosynthese als Form der autotrophen Assimilation; können nachvollziehen, welche Bedeutung Elektronentransportketten bei der Fotosynthese haben; differenzieren Licht- und Dunkelreaktionen; unterscheiden zwischen der Bedeutung von CO 2 für die Pflanzen und O 2 für die Tiere und Menschen; können zuordnen, wofür die Pflanze ATP und NADPH benötigt; erkennen, dass die Fotosynthese für das Leben auf der Erde von essenzieller Bedeutung ist; begründen die Bedeutung der Fotosynthese im Stoff- und Energiewechselgeschehen und erläutern Faktoren ihrer Beeinflussung; verstehen, dass aus Wasser und Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von Lichtenergie Glucose erzeugt wird. Didaktische Hinweise Was für Pflanzen eigentlich nur ein Abfallprodukt ist, ist für den Menschen überlebensnotwendig der Sauerstoff. Er entsteht bei der Fotosynthese, der Fähigkeit von Pflanzen mithilfe von Lichtenergie Wasser und Kohlenstoffdioxid aufzunehmen, Biomasse daraus zu produzieren und Sauerstoff abzugeben. Die Produktion ist für den Einsatz in der Oberstufe konzipiert. Adressatengerecht aufgearbeitet wurde die Produktion für die Klassenstufe 10 bis 13. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Themenschwerpunkte eingesetzt werden: Definition und Bedeutung der Fotosynthese Aufbau von Laubblättern Chloroplasten als wichtiges Pflanzenzellorganell Fotosysteme I und II mit Lichtsammelfallen Lichtreaktion Umwandlung von Sonnen- in chemische Energie Elektronentransportkette Dunkelreaktion bzw. Calvin-Zyklus Gesamtgleichung der Fotosynthese 7

8 Arbeitsblatt 46 / Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Arbeitsblatt 1 Seite 1/2 Fotosynthese im Überblick 1. Erläutere den Begriff Fotosynthese. 2. Beschrifte die Grafik zur Fotosynthese mit den folgenden Begriffen. Aufnahme von Kohlenstoffdioxid Aufnahme von Wasser Sonnenenergie Glucose (Traubenzucker) Abgabe von Sauerstoff C6H12O6 H2O O2 CO2 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen als PDF- und Word-Dateien vor. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, der Grafiken und den ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Fotosynthese im Überblick 2) Der Aufbau eines Blattes 3) Licht- und Dunkelreaktion 4) Reaktionsgleichung der Fotosynthese 5) Sauerstoffproduktion und Wasserverwertung Aufbau eines Laubblatts (6 Grafiken) Chloroplasten (5 Grafiken) Fotosysteme Lichtreaktion (6 Grafiken) Calvin-Zyklus (3 Grafiken) Dunkelreaktionen (5 Grafiken) Licht- und Dunkelreaktion (2 Grafiken) Gesamtgleichung der Fotosynthese Filmtext zum Film als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Film 17 min Fotosynthese Sequenzen/Grafik Chloroplasten Sequenzen/Grafik Licht- und Dunkelreaktion Sequenzen/Grafiken Arbeitsmaterial Untermenüs Die Bedeutung der Fotosynthese Die Gesamtgleichung der Fotosynthese Fotosynthesegleichung Die Chloroplasten als Ort der Fotosynthese Fotosynthese 1:10 min 1:10 min Grafik Chloroplasten 2:20 min Die Fotosysteme I und II Fotosysteme in der Thylakoidmembran 2:20 min Grafik Licht- und Dunkelreaktion Die Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie 4:40 min Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 5 Arbeitsblätter 29 Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Lichtreaktion Der Calvin-Zyklus Dunkelreaktion Licht- und Dunkelreaktion Grafik 4:00 min Grafik Grafik 10

11 Produktionsangaben Lichtreaktion und Calvin-Zyklus (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2017 DVD-Konzept Susanne Oberleitner Daniel Schaub DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Grafiken FWU Institut für Film und Bild Bildnachweis Coverbild: istock / Nok_Chaiwut Arbeitsmaterial Dr. Nina Harsch Begleitheft Susanne Oberleitner Pädagogische Referenten im FWU Daniel Schaub Susanne Oberleitner Produktionsangaben zum Film Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Produktion Weichelt Film im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Buch Dr. Nina Harsch Daniel Schaub Kamera und Mikroskopvideos Fabian Weichelt Stefan Weichelt 2D & 3D Animationen Stefan Weichelt Schnitt Stefan Weichelt Musik audeeyah.de Footagematerial Shutterstock videohive Sprecher Andreas Karg Didaktische Fachberatung Dr. Nina Harsch Redaktion Daniel Schaub Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2017 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Lichtreaktion und Calvin-Zyklus Während der Fotosynthese wird Sonnenenergie in chemische Energie umgewandelt. Aber wie funktioniert das genau? Die Produktion erklärt in anschaulichen Animationen, wie zwei der wichtigsten biochemischen Vorgänge unseres Planeten ablaufen: die Lichtreaktion und die Dunkelreaktion, der sogenannte Calvin-Zyklus. Laufzeit 17 min Klasse Sprache Film 1 Filmsequenzen 6 Arbeitsblätter 5 DE Grafiken 29 Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler kennen den Aufbau eines Blattes; lernen, welche Rolle Chloroplasten bei der Fotosynthese spielen; wissen, dass Lichtsammelfallen die Sonnenenergie zu den Fotosystemen weiterleiten; lernen die Lichtreaktion kennen; wissen um die chemischen Abläufe der Dunkelreaktion; erläutern Stoff- und Energiewechselprozesse als grundlegende Lebensfunktion aller Organismen; lernen die Gesamtgleichung der Fotosynthesereaktion kennen. Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial. Themen Klasse Die Bedeutung der Fotosynthese Die Chloroplasten als Ort der Fotosynthese Die Fotosysteme I und II Die Umwandlung der Sonnenenergie in chemische Energie Der Calvin-Zyklus Die Gesamtgleichung der Fotosynthese Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMAFREI FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht ggmbh Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de