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photosynthese

Alle Lebewesen brauchen Energie zum Leben. Sie beziehen diese Energie aus der Nahrung. Aber haben Sie schon einmal Pflanzen beim Fressen beobachtet? Und wie gewinnen sie dann ihre Energie? Pflanzen gewinnen ihre Energie durch einen Prozess namens Photosynthese, der es ihnen ermöglicht, ihre Nahrung herzustellen. Lesen Sie weiter, um mehr über dieses interessante Thema zu erfahren.

Lernziele

In dieser Lektion lernen wir Folgendes

1. Definition der Photosynthese
2. Chemische Reaktionen, die während der Photosynthese auftreten
3. Schritte im Prozess der Photosynthese, die es Phototrophen ermöglichen, ihre Nahrung herzustellen
4. Zwei Hauptphasen der Photosynthese – Lichtreaktion und Dunkelreaktion
5. Vier verschiedene Pigmenttypen, die an der Photosynthese beteiligt sind

Bei der Photosynthese handelt es sich um einen Prozess, bei dem Phototrophe Lichtenergie in chemische Energie umwandeln, die zur Energiegewinnung für Zellaktivitäten verwendet wird. Die Photosynthese erfolgt in den Chloroplasten über Pigmente wie Chlorophyll A, Chlorophyll B, Carotin und Xanthophyll.

Alle grünen Pflanzen und einige andere autotrophe Organismen sind auf die Photosynthese angewiesen, um aus Kohlendioxid, Wasser und Sonnenlicht Nährstoffe zu synthetisieren. Sauerstoff ist das Nebenprodukt der Photosynthese.

Genau wie grüne Pflanzen betreiben auch einige andere Organismen Photosynthese. Dazu gehören Prokaryoten wie Purpurbakterien, Cyanobakterien und grüne Schwefelbakterien.

Die Photosynthesereaktion kann wie folgt dargestellt werden:

Kohlendioxid + Wasser ========= Glukose + Sauerstoff

(Sonnenlicht)

Bedeutung der Photosynthese

Die Photosynthese ist für die Existenz allen Lebens auf der Erde unerlässlich. Sie spielt eine wichtige Rolle in der Nahrungskette. Sie ermöglicht Pflanzen die Erzeugung ihrer Nahrung und macht sie somit zu Primärproduzenten.

Bei der Photosynthese wird außerdem Sauerstoff in die Atmosphäre freigesetzt. Sauerstoff ist für die meisten Organismen zum Überleben erforderlich.

Ort der Photosynthese

Die Photosynthese findet in Chloroplasten von Pflanzen und Blaualgen statt. Alle grünen Teile einer Pflanze, einschließlich der grünen Stängel, grünen Blätter und Kelchblätter, enthalten Chloroplasten.

Chloroplasten kommen nur in Pflanzenzellen vor und befinden sich in den Mesophyllzellen der Blätter.

Photosynthesegleichung

Bei der Photosynthese reagieren Kohlendioxid und Wasser zu zwei Produkten, nämlich Sauerstoff und Glukose. Dies ist eine endotherme Reaktion.

6CO ₂ + 6H ₂ O = C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂

Anders als Pflanzen produzieren nicht alle Bakterien Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese. Bakterien, die keinen Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese produzieren, heißen anoxygene photosynthetische Bakterien. Bakterien, die Sauerstoff als Nebenprodukt der Photosynthese produzieren, heißen sauerstoffhaltige photosynthetische Bakterien.

Photosynthetische Pigmente

In Blättern sind vier verschiedene Pigmenttypen vorhanden:

1. Chlorophyll und
2. Chlorophyll b
3. Xanthophylle
4. Carotinoide

Schritte des Prozesses

Auf zellulärer Ebene findet der Photosyntheseprozess in Zellorganellen statt, die Chloroplasten genannt werden. Diese Organellen enthalten ein grün gefärbtes Pigment namens Chlorophyll, das für die charakteristische grüne Färbung der Blätter verantwortlich ist.

Strukturell besteht ein Blatt aus Blattstiel, Epidermis und einer Lamina. Die Lamina dient der Absorption von Sonnenlicht und Kohlendioxid während der Photosynthese.

• Während der Photosynthese dringt Kohlendioxid durch die Stomata ein, Wasser wird von den Wurzelhaaren aus dem Boden aufgenommen und durch die Xylemgefäße zu den Blättern transportiert. Chlorophyll absorbiert die Lichtenergie der Sonne, um Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten.
• Der Wasserstoff aus Wassermolekülen und das aus der Luft aufgenommene Kohlendioxid werden zur Herstellung von Glukose verwendet. Darüber hinaus wird Sauerstoff als Abfallprodukt über die Blätter in die Atmosphäre abgegeben.
• Glukose ist eine Nahrungsquelle für Pflanzen, die Energie für Wachstum und Entwicklung liefert, während der Rest in den Wurzeln, Blättern und Früchten für die spätere Verwendung gespeichert wird.
• Pigmente sind weitere grundlegende Zellbestandteile der Photosynthese. Sie sind die Moleküle, die Farbe verleihen, und sie absorbieren Licht einer bestimmten Wellenlänge und reflektieren das nicht absorbierte Licht zurück. Alle grünen Pflanzen enthalten hauptsächlich Chlorophyll A, Chlorophyll B und Carotinoide, die in den Thylakoiden der Chloroplasten vorhanden sind. Es wird hauptsächlich verwendet, um Lichtenergie einzufangen. Chlorophyll A ist das Hauptpigment.

Zwei Phasen der Photosynthese

Der Prozess der Photosynthese erfolgt in zwei Phasen:

• Lichtabhängige Reaktion oder Lichtreaktion
• Lichtunabhängige Reaktion oder Dunkelreaktion

Lichtreaktion der Photosynthese oder lichtabhängige Reaktion

• Die Photosynthese beginnt mit der Lichtreaktion. Sie wird nur tagsüber in Gegenwart von Sonnenlicht durchgeführt. Bei Pflanzen findet die Lichtreaktion in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten statt.
• Innerhalb der Thylakoidmembranen befinden sich sackartige Strukturen, sogenannte Grana, die Licht sammeln.
• Die Lichtenergie wird in ATP und NADPH umgewandelt, die in der zweiten Phase der Photosynthese verwendet werden. Dabei wird Wasser verbraucht und Sauerstoff produziert.

Die chemische Gleichung der Lichtreaktion bei der Photosynthese lässt sich wie folgt reduzieren:

2H ₂ O + 2NADP + 3ADP + 3Pi = O ₂ + 2NADPH + 3ATP

Dunkelreaktion der Photosynthese oder lichtunabhängige Reaktion

• Dies wird auch als Kohlenstofffixierungsreaktion bezeichnet.
• Es handelt sich dabei um einen lichtunabhängigen Prozess, bei dem aus Wasser- und Kohlendioxidmolekülen Zuckermoleküle entstehen.
• Die Dunkelreaktion findet im Stroma des Chloroplasten statt, wo die NADPH- und ATP-Produkte der Lichtreaktion genutzt werden.
• Pflanzen nehmen über die Stomata das Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und durchlaufen den Calvin-Zyklus.
• Im Calvin-Zyklus treiben das während der Lichtreaktion gebildete ATP und NADPH die Reaktion an und wandeln sechs Moleküle Kohlendioxid in ein Zuckermolekül oder Glukose um.

Die chemische Gleichung für die Dunkelreaktion lautet

3CO ₂ + 6NADPH + 5H ₂ O + 9ATP = G3P + 2H + 6NADP + 9ADP +8Pi

(Wobei G3P Glycerinaldehyd-3-phosphat ist)