Lichtreaktionen treten auf, wenn Pflanzen Nahrung aus Kohlendioxid und Wasser synthetisieren der Teil der Energieerzeugung, der Licht und Wasser benötigt, um Elektronen zu erzeugen, die für weitere benötigt werden Synthese. Wasser liefert die Elektronen durch Aufspaltung in Wasserstoff- und Sauerstoffatome. Die Sauerstoffatome verbinden sich zu einem kovalent gebundenen Sauerstoffmolekül aus zwei Sauerstoffatomen, während die Wasserstoffatome zu Wasserstoffionen mit jeweils einem Ersatzelektron werden.
Im Rahmen der Photosynthese geben Pflanzen Sauerstoff – als Gas – an die Atmosphäre ab, während die Elektronen und Wasserstoffionen oder Protonen weiter reagieren. Diese Reaktionen benötigen kein Licht mehr, um fortzufahren, und werden in der Biologie als Dunkelreaktionen bezeichnet. Die Elektronen und Protonen durchlaufen eine komplexe Transportkette, die es der Pflanze ermöglicht, den Wasserstoff mit Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu verbinden, um Kohlenhydrate zu produzieren.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Lichtreaktionen – Lichtenergie in Gegenwart von Chlorophyll – spaltet Wasser. Die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoffgas, Wasserstoffionen und Elektronen erzeugt die Energie für den nachfolgenden Elektronen- und Protonentransport und liefert die Energie, um die Zucker zu produzieren, die die Pflanze benötigt. Diese Folgereaktionen bilden den Calvin-Zyklus.
Wie Wasser Elektronen für die Photosynthese liefert
Grüne Pflanzen, die Photosynthese nutzen, um Energie für das Wachstum zu produzieren, enthalten Chlorophyll. Das Chlorophyllmolekül ist eine Schlüsselkomponente der Photosynthese, da es zu Beginn der Lichtreaktionen in der Lage ist, Energie aus Licht zu absorbieren. Das Molekül absorbiert alle Lichtfarben außer Grün, das es reflektiert, weshalb Pflanzen grün aussehen.
Bei Lichtreaktionen absorbiert ein Chlorophyllmolekül ein Lichtphoton, wodurch ein Chlorophyllelektron auf ein höheres Energieniveau übergeht. Die energetisierten Elektronen der Chlorophyllmoleküle fließen entlang einer Transportkette zu einer Verbindung namens Nicotinamidadenindinukleotidphosphat oder NADP. Chlorophyll ersetzt dann die verlorenen Elektronen aus Wassermolekülen. Die Sauerstoffatome bilden Sauerstoffgas, während die Wasserstoffatome Protonen und Elektronen bilden. Die Elektronen füllen die Chlorophyllmoleküle wieder auf und lassen den Photosyntheseprozess weiterlaufen.
Der Calvin-Zyklus
Der Calvin-Zyklus verwendet die Energie, die durch die Lichtreaktionen erzeugt wird, um die Kohlenhydrate herzustellen, die die Pflanze braucht. Die Lichtreaktionen produzieren NADPH, das NADP mit einem Elektron und einem Wasserstoffion ist, und Adenosintriphosphat oder ATP. Während des Calvin-Zyklus verwendet die Pflanze NADPH und ATP, um Kohlendioxid zu binden. Der Prozess nutzt den Kohlenstoff des atmosphärischen Kohlendioxids, um Kohlenhydrate der Form CH produce herzustellen2Ö. Ein Produkt des Calvin-Zyklus ist Glucose, C6H12Ö6.
Das Ende der Elektronentransportkette, die Pflanzen die Energie zur Bildung von Kohlenhydraten liefert, benötigt einen Elektronenakzeptor, um das abgereicherte ATP zu regenerieren. Gleichzeitig mit der Photosynthese nehmen Pflanzen in einem Prozess namens Atmung etwas Sauerstoff auf. Bei der Atmung wird Sauerstoff zum letzten Elektronenakzeptor.
In Hefezellen können sie beispielsweise auch in Abwesenheit von Sauerstoff ATP produzieren. Wenn kein Sauerstoff zur Verfügung steht, kann keine Atmung stattfinden und diese Zellen nehmen an einem anderen Prozess teil, der Fermentation genannt wird. Bei der Fermentation sind die letzten Elektronenakzeptoren Verbindungen, die Ionen wie Sulfat- oder Nitrationen produzieren. Im Gegensatz zu grünen Pflanzen benötigen solche Zellen kein Licht und die Lichtreaktionen finden nicht statt.