Der Molekulare Ablauf der Photosynthese - Teil 1

Einführung

• Photosynthese ist ein Stoffwechselprozess, der von Pflanzen, Algen und manchen Bakterien betrieben wird.
• Strahlungsenergie der Sonne wird verwendet, um Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) in Glucose (C₆H₁₂O₆) und Sauerstoff (O₂) umzuwandeln.
• Reaktionsgleichung: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Funktionen der Photosynthese

• Wasser: Hauptsächlich aus dem Boden
• Kohlenstoffdioxid: Aus der Luft
• Produkte: Zucker für Wachstum (Glucose) und Sauerstoff als Nebenprodukt

Chloroplasten und ihre Struktur

• Pflanzenzellen enthalten Chloroplasten.
• Chloroplasten haben Thylakoid-Membranen, die Pigmente (hauptsächlich Chlorophyll) enthalten.
• Der Innenraum der Chloroplasten heißt Stroma.

Zwei Hauptphasen der Photosynthese

1. Lichtreaktion (Primärreaktion)
   • Findet in der Thylakoid-Membran statt.
   • Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt (ATP und NADPH).
2. Lichtunabhängige Reaktion (Sekundärreaktion oder Calvin-Zyklus)
   • Findet im Stroma statt.
   • ATP und NADPH werden zur Synthese von Kohlenhydraten verwendet.

Rolle des Lichts

• Licht ist eine Form von Energie.
• Pigmentmoleküle (besonders Chlorophyll) absorbieren Lichtenergie.
• Angeregter Zustand von Molekülen: Elektron wird auf höheres Energieniveau gehoben.

Elektronentransportkette

• Elektronen von Chlorophyll werden durch Licht angeregt und durch eine Kette von Redoxreaktionen weitergegeben.
• Elektronen werden vom Wasser durch den wasserspaltenden Komplex zugeführt.
• Bildung von Protonengradienten in der Thylakoidmembran.
• ATP-Synthase nutzt Protonengradienten zur Herstellung von ATP (Fotophosphorylierung).

Zusammenfassung der Elektronentransportkette

• Redoxreaktionen treiben Protonentransport vom Stroma ins Lumen.
• Elektrochemischer Gradient wird aufgebaut.
• ATP-Synthase verbindet Protonenfluss mit der Bildung von ATP.
• Es wird NADPH aus NADP+ durch Enzyme (z.B. NADP+-Reduktase) gebildet.

Wichtigste Schritte

• Elektronen werden vom Wassermolekül gelenkt und auf das Fotosystem II übertragen.
• Transportierte Elektronen treiben Protonenpumpe an, die Protonen ins Thylakoid-Lumen transportiert.
• ATP wird synthetisiert durch Protonenrückfluss ins Stroma.
• NADPH wird gebildet, um Elektronen für den Calvin-Zyklus bereit zu stellen.

Fazit

• Die Lichtreaktion bildet ATP und NADPH, die für die nachfolgende lichtunabhängige Reaktion benötigt werden.
• Die Lichtenergie wird effektiv in chemische Energie umgewandelt, die dann zur Synthese von Glukose verwendet werden kann.