Überblick
Die Vorlesung behandelt den molekularen Ablauf der Photosynthese, speziell die Lichtreaktion, deren Ort, beteiligte Moleküle und die Energiewandlung.
Grundlagen der Photosynthese
- Photosynthese wandelt mit Sonnenenergie CO₂ und Wasser in Glucose und Sauerstoff um.
- Hauptsächlich höhere Pflanzen, Algen und manche Bakterien betreiben Photosynthese.
- Wasser stammt aus dem Boden, CO₂ wird aus der Luft aufgenommen.
- Glucose (ein Monosaccharid) dient dem Wachstum, O₂ wird als Abfallprodukt abgegeben.
- Die ausgeglichene Summengleichung stellt sicher, dass die Anzahl der Atome beidseitig identisch ist.
Zelluläre Strukturen der Photosynthese
- Ort der Photosynthese sind Chloroplasten in Pflanzenzellen.
- Chloroplasten enthalten Thylakoide; deren Membranen tragen die Pigmente (v.a. Chlorophyll).
- Das Stroma ist der Innenraum des Chloroplasten; das Thylakoid-Lumen befindet sich innerhalb der Thylakoide.
Ablauf der Lichtreaktion
- Die Lichtreaktion findet an der Thylakoid-Membran statt, die Dunkelreaktion im Stroma.
- Pigmente (v.a. Chlorophyll) absorbieren Photonenergie und werden in einen angeregten Zustand versetzt.
- Chlorophyll gibt angeregte Elektronen an Akzeptormoleküle ab (Oxidation).
- Wasser wird durch den wasserspaltenden Komplex gespalten (Photolyse); dabei entstehen O₂, Protonen und Elektronen.
- O₂ stammt aus H₂O, nicht aus CO₂.
- Die Elektronen werden über eine Elektronentransportkette (Plastochinon, Cytochrom, Plastocyanin) zu Photosystem I geleitet.
- Während des Elektronentransports werden Protonen ins Thylakoid-Lumen gepumpt, es entsteht ein elektrochemischer Gradient.
Energieumwandlung und ATP-Bildung
- Die aufgebauten Protonengradienten treiben den Rückfluss der Protonen durch die ATP-Synthase an.
- Die ATP-Synthase bildet mithilfe des Protonenflusses aus ADP und P das energiereiche Molekül ATP (Photophosphorylierung).
- Dieser Vorgang wird als Chemiosmose bezeichnet.
- ATP dient als Energieträger für die Dunkelreaktion, in der Kohlenhydrate synthetisiert werden.
Elektronentransport und NADPH-Bildung
- Im Photosystem I wird ein weiteres Elektron durch Lichtenergie angeregt.
- Elektronen werden auf Ferredoxin und dann auf NADP+ übertragen, das zu NADPH reduziert wird.
- Mit der Bildung von ATP und NADPH ist die Lichtreaktion abgeschlossen; diese Moleküle werden in der Dunkelreaktion genutzt.
Begriffe & Definitionen
- Chlorophyll — Hauptpigment zur Absorption von Lichtenergie.
- Thylakoid — Membranstrukturen im Chloroplasten, Ort der Lichtreaktion.
- Stroma — Proteinreicher Innenraum des Chloroplasten.
- Photolyse — Lichtabhängige Spaltung von Wasser in O₂, Protonen und Elektronen.
- ATP — Energiereiches Molekül, durch Photophosphorylierung gebildet.
- Chemiosmose — Kopplung des Protonentransports zur ATP-Synthese.
- NADPH — Reduktionsmittel, bei der Lichtreaktion gebildet.
Aufgaben / Nächste Schritte
- Im zweiten Video: genauer Ablauf der Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus) anschauen.