Photosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen mithilfe von Kohlendioxid, Wasser und Sonnenlicht Nahrung herstellen. Kohlendioxid dringt durch kleine Poren in den Blättern, die als Spaltöffnungen bezeichnet werden, in die Pflanze ein. Das Wasser gelangt über die Adern der Pflanze zu den Blättern, nachdem es von den Wurzeln aufgenommen wurde.
Bei der Photosynthese wird die Energie des Sonnenlichts verwendet, um aus CO. Glukose zu erzeugen2 und H2Ö. Diese Glukose versorgt die Pflanze mit Nährstoffen. Da viele höhere Lebensformen sowohl zum Essen von Pflanzen als auch zum Atmen von Sauerstoff abhängig sind, ist dieser Prozess für die Überleben von Ökosystemen.
Hinweis: Photosynthese findet auch bei Algen und einigen Bakterienarten statt. Der Fokus dieses Beitrags liegt auf Photosynthese in Pflanzen.
Ort der Photosynthese
Die Photosynthese findet in Chloroplasten statt, die in den Blättern und grünen Stängeln von Pflanzen vorkommen. Ein Blatt hat Zehntausende von Zellen, von denen jede 40 bis 50 Chloroplasten.
Jeder Chloroplast ist in viele scheibenförmige Kompartimente unterteilt, die Thylakoide genannt werden, die wie ein Stapel Pfannkuchen vertikal angeordnet sind. Jeder Stapel wird Granum (der Plural ist Grana) genannt, das in einer Flüssigkeit namens Stroma suspendiert ist. Das lichtabhängige Reaktionen im Grana vorkommen; die lichtunabhängigen Reaktionen finden im Stroma der Chloroplasten statt.
Zwei Stufen der Photosynthese
Obwohl der gesamte Prozess weniger als eine Minute dauern kann, ist der Photosyntheseprozess eigentlich ziemlich komplex.
Es gibt zwei Schritte der Photosynthese: die Lichtreaktionen (der Fototeil) und die dunkle Reaktionen die auch als. bekannt sind Calvin-Zyklus (der Syntheseteil) und jede der Phasen der Photosynthese hat mehrere Schritte.
Lichtabhängige Reaktionen
Der erste Schritt der Photosynthese verwendet Lichtenergie um die Energieträgermoleküle zu erzeugen, die im zweiten Prozess verwendet werden. Diese Reaktionen, die als Lichtreaktionen bekannt sind, nutzen die Energie der Sonne direkt. Hunderte von Pigmentmolekülen sind in Photozentren in der Thylakoidmembran und wirken als Antennen, um Licht zu absorbieren und Energie auf ein Chlorophyllmolekül zu übertragen.
Diese photosynthetischen Pigmente ermöglichen es Pflanzen, Sonnenlicht zu absorbieren, das zum Starten des Prozesses benötigt wird. Das Licht regt Elektronen an, wodurch ein höherer Energiezustand entsteht. Dies führt zur Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie, die Nahrung für die Pflanze.
Chlorophyllmoleküle in Pflanzen bilden ein Reaktionszentrum, das hochenergetische Elektronen auf Akzeptormoleküle überträgt, die dann durch eine Reihe von Membranträgern übertragen werden. Diese hochenergetischen Elektronen passieren zwischen Molekülen und führen zur Aufteilung der Wassermoleküle in Sauerstoff, Wasserstoffionen und Elektronen.
In diesem ersten Schritt wird die Sonnenenergie durch eine Reihe von Reaktionen in chemische Energie umgewandelt und in zwei getrennte Photosystemen werden Elektronen sequentiell übertragen, um Adenosintriphosphat (ATP) und Nikotinadenindinukleotid zu erzeugen Phosphat (NADP+).
Einige der hochenergetischen Elektronen reduzieren dann NADP+ zu NADPH. Der produzierte Sauerstoff wird aus dem Chloroplasten diffundiert und entweicht durch Poren im Blatt in die Atmosphäre. Das in dieser ersten Stufe produzierte ATP und NADPH werden im nächsten Schritt verwendet, wo Glukose erzeugt wird.
Lichtunabhängige Reaktionen
Der zweite Photosyntheseprozess führt zur Biosynthese von Kohlenhydraten aus CO2. In dieser lichtunabhängigen (früher als Dunkel bezeichneten) Phase liefert das im ersten Schritt erzeugte NADPH den Wasserstoff, der Glukose bilden während das bei den lichtabhängigen Reaktionen gebildete ATP die für seine Synthese notwendige Energie liefert.
Auch als Calvin-Zyklus bekannt, findet diese Phase im Stroma statt und führt zur Produktion von Saccharose, die dann als Nahrungs- und Energiequelle für die Pflanze verwendet werden. Benannt nach Melvin Calvin, verwendet diese Phase das ATP und NADPH, die in der ersten Phase gebildet wurden, zusammen mit dem Enzym Ribulose-Bisphosphat-Carboxylase, das im Chloroplasten gefunden wird.
Hier dient die Ribulose als Katalysator, um Kohlenstoffmoleküle zu „fixieren“, die dann in Kohlenhydrate umgewandelt werden, die der Pflanze als Energielieferant dienen.