Photosynthese - Molekulare Abläufe

Überblick

• Photosynthese: Stoffwechselprozess, bei dem Sonnenenergie genutzt wird, um CO2 und Wasser in Glukose und O2 umzuwandeln.
• Beteiligte Organismen: Höhere Pflanzen, Algen, manche Bakterien.

Grundprinzipien der Photosynthese

• Wasser wird aus dem Boden aufgenommen, CO2 aus der Luft.
• Produktion von Kohlenhydraten (Zucker) und Abgabe von Sauerstoff.
• Reaktionsgleichung muss ausgeglichen sein: Gleiche Anzahl von Atomen auf beiden Seiten.

Aufbau der Pflanzenzelle

• Chloroplasten: Enthalten Thylakoid-Membranen, in denen Pigmente wie Chlorophyll eingelagert sind.
• Stroma: Innenraum des Chloroplasten.
• Thylakoide: Membransysteme innerhalb der Chloroplasten.

Zwei Hauptabschnitte der Photosynthese

1. Lichtreaktion (Primärreaktion)

   • Findet an der Thylakoid-Membran statt.
   • Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie (ATP und NADPH).

2. Lichtunabhängige Reaktion (Sekundärreaktion, Calvin-Zyklus)

   • Findet im Stroma statt.
   • Verwendung von ATP und NADPH zur Synthese von Kohlenhydraten.

Detail zur Lichtreaktion

• Lichtabsorption: Chlorophyll absorbiert Licht und wird in einen angeregten Zustand versetzt.
• Elektronentransfer: Absorbierte Lichtenergie hebt ein Elektron auf ein höheres Energieniveau.
• Elektronen werden über eine Kette von Redox-Reaktionen übertragen.

Fotolyse des Wassers

• Wasser wird gespalten, wobei Sauerstoff freigesetzt wird.
• Freigesetzte Elektronen füllen Lücken im Fotosystem II.

Elektronentransportkette

• Elektronen durchlaufen eine Kette von Enzymkomplexen (z.B. Plastochinon, Cytochrom).
• Energie des Elektrons treibt Protonentransport an: Aufbau eines Protonengradienten im Thylakoid-Innenraum.
• Rücktransport der Protonen durch ATP-Synthase: Bildung von ATP (Photophosphorylierung).
• Chemiosmose: Kopplung von Protonen-Rücktransport und ATP-Synthese.

Bildung von NADPH

• Elektronen vom Fotosystem I auf Ferredoxin und NADP+ übertragen.
• Bildung von NADPH als Reduktionsmittel.

Zusammenfassung der Lichtreaktion

• Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie (ATP und NADPH).
• Elektronentransport von Wasser zu NADP+ über die Elektronentransportkette.
• Aufbau eines elektrochemischen Gradienten, der ATP-Synthese antreibt.

Ausblick

• Der zweite Teil der Photosynthese, die Dunkelreaktion, nutzt ATP und NADPH zur Synthese von Kohlenhydraten.