Pflanzen und Algen fungieren dank ihrer erstaunlichen Photosynthesekräfte als die Nahrungsbank der Welt. Bei der Photosynthese wird Sonnenlicht von lebenden Organismen gesammelt und zur Herstellung von Glukose und anderen energiereichen Verbindungen auf Kohlenstoffbasis verwendet.
Wissenschaftler finden die drei Phasen des Prozesses faszinierend, und die Zentrum für Bioenergie und Photosynthese an der Arizona State University argumentiert sogar für die Bedeutung der Photosynthese im Vergleich zu anderen biologischen Prozessen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Der Prozess des Energieaustauschs bei der Photosynthese wird als 6H. ausgedrückt2O + 6CO2 + Lichtenergie → C6H12Ö6 (Glukose: ein einfacher Zucker) + 6O2 (Sauerstoff).
Was ist Photosynthese?
Photosynthese ist ein komplexer Prozess, der in zwei oder mehr Stufen unterteilt werden kann, wie lichtabhängige und lichtunabhängige Reaktionen. Das dreistufige Modell der Photosynthese beginnt mit der Absorption von Sonnenlicht und endet mit der Produktion von Glukose.
Pflanzen, Algen und bestimmte Bakterien werden klassifiziert als Autotrophe, was bedeutet, dass sie ihren Nährstoffbedarf durch Photosynthese decken können. Autotrophs sind am Ende der Nahrungskette weil sie Nahrung für alle anderen lebenden Organismen produzieren. Zum Beispiel werden Pflanzen von Grasfressern gefressen, die schließlich eine Nahrungsquelle für Raubtiere und Zersetzer sein können.
Nahrung ist nicht der einzige Beitrag der Photosynthese. Gespeicherte Energie in fossile Brennstoffe und Holz wird zum Heizen von Häusern, Geschäften und Industrien verwendet. Wissenschaftler untersuchen die Phasen der Photosynthese, um mehr darüber zu erfahren, wie Autotrophe Sonnenenergie und Kohlendioxid nutzen, um organische Verbindungen herzustellen. Forschungsergebnisse könnten zu neuen Methoden der Pflanzenproduktion und Ertragssteigerungen führen.
Der Photosyntheseprozess: Stufe 1: Strahlungsenergie ernten
Trifft ein Sonnenstrahl auf eine grüne, belaubte Pflanze, wird der Prozess der Photosynthese in Gang gesetzt.
Der erste Schritt der Photosynthese findet in der Chloroplasten von Pflanzenzellen. Lichtphotonen werden von einem Pigment namens Chlorophyll absorbiert, das in der Thylakoidmembran jedes Chloroplasten reichlich vorhanden ist. Chlorophyll erscheint für das Auge grün, weil es keine grünen Wellen im Lichtspektrum absorbiert. Es reflektiert sie stattdessen, also ist das die Farbe, die Sie sehen.
Pflanzen nehmen Kohlendioxid über ihre Stomata (mikroskopische Öffnungen im Gewebe) zur Verwendung in der Photosynthese. Pflanzen transpirieren und ergänzen Sauerstoff in der Luft und im Meer.
Stufe 2: Umwandlung von Strahlungsenergie
Nachdem die Strahlungsenergie des Sonnenlichts absorbiert wurde, wandelt die Pflanze Lichtenergie in eine nutzbare Form chemischer Energie um, um die Zellen der Pflanze zu versorgen.
Im lichtabhängige Reaktionen Während der zweiten Stufe des Prozesses der Photosynthese werden Elektronen angeregt und von Wassermolekülen abgespalten, wobei Sauerstoff als Nebenprodukt zurückbleibt. Die Wasserstoffelektronen des Wassermoleküls wandern dann zu einem Reaktionszentrum im Chlorophyllmolekül.
Im Reaktionszentrum passiert das Elektron eine Transportkette, unterstützt durch das Enzym ATP-Synthase. Energie geht verloren, wenn das angeregte Elektron auf niedrigere Energieniveaus abfällt. Energie von Elektronen wird übertragen auf Adenosintriphosphat (ATP) und reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADPH), allgemein als „Energiewährung“ von Zellen bezeichnet.
Stufe 3: Strahlungsenergie speichern
Die letzte Stufe des Photosyntheseprozesses ist als Calvin-Benson-Zyklus bekannt, bei dem die Pflanze atmosphärisches Kohlendioxid und Wasser aus dem Boden verwendet, um ATP und NADPH umzuwandeln. Die chemischen Reaktionen, aus denen der Calvin-Benson-Zyklus besteht, finden im Stroma des Chloroplasten statt.
Diese Phase des Prozesses der Photosynthese ist lichtunabhängig und kann sogar nachts passieren.
ATP und NADPH haben eine kurze Haltbarkeit und müssen von der Pflanze umgewandelt und gelagert werden. Die Energie aus ATP- und NADPH-Molekülen ermöglicht es der Zelle, atmosphärisches Kohlendioxid zu nutzen oder zu „fixieren“, was in der dritten Stufe der Photosynthese zur Produktion von Zucker, Fettsäuren und Glycerin führt. Energie, die die Pflanze nicht sofort benötigt, wird für die spätere Verwendung gespeichert.