Chloroplasten sind die ursprünglichen „grünen“ Solarstromtransformatoren. Diese winzigen Organellen, die nur in Pflanzen- und Algenzellen vorkommen, nutzen die Sonnenenergie, um Kohlendioxid und Wasser in Glukose und Sauerstoff umzuwandeln. Dan Jenk, Wissenschaftsjournalist am Biodesign Institute der Arizona State University, beschreibt den Prozess wie folgt: „…Pflanzen nähern sich dem Gipfel der Geiz, indem sie fast jedes Photon der verfügbaren Lichtenergie aufnehmen, um es zu produzieren Lebensmittel."
In diesem Artikel gehen wir auf den allgemeinen Prozess von Photosynthese, wie der Chloroplast funktioniert und wie er chemische Inputs und die Sonne nutzt, um Glukose herzustellen.
Chemische potenzielle Energie
Energie, die in einer Molekülbindung gespeichert ist, wird als „chemische potentielle Energie“ bezeichnet. Wenn eine chemische Bindung wenn ein Stärkemolekül gegessen und dann im Verdauungssystem eines Tieres abgebaut wird, wird Energie veröffentlicht. Alle Organismen brauchen Energie, um zu überleben.
Das Hauptmolekül, das in lebenden Organismen für Energie verwendet wird, heißt ATP. ATP wird in Zellen über Glukose und komplexe Stoffwechselwege gebildet. Um jedoch Glukose zu erhalten, müssen Pflanzen, Algen und andere autotrophe Pflanzen Sonnenenergie über einen Prozess namens Photosynthese in Glukose umwandeln.
Photosynthese: Die Reaktion
Die Photosynthese wandelt Lichtenergie in chemische Energie um, die in den Molekülbindungen von Glucose gespeichert wird. Dieser Prozess findet in Chloroplasten statt. Eine Pflanze verwendet die Glukosemoleküle, um komplexe Kohlenhydrate – Stärke und Zellulose – und andere Nährstoffe herzustellen, die sie zum Wachsen und Vermehren benötigt. Die Photosynthese ermöglicht es somit, Lichtenergie in eine Energieform umzuwandeln, die sowohl von der Pflanze als auch von den Tieren, die die Pflanze fressen, für die Nahrungsaufnahme verwendet werden kann.
Die Photosynthese kann durch die folgende vereinfachte Gleichung dargestellt werden:
6 CO2 (Kohlendioxid) + 6 H2O (Wasser) → C6H12Ö6 (Glukose) + 6 O2 (Sauerstoff)
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Photosynthese und Chloroplastenfunktion: So funktioniert es
Die Photosynthese erfolgt in zwei Schritten – eine lichtabhängig und eine lichtunabhängige.
Das Lichtreaktionen der Photosynthese beginnt, wenn das Licht der Sonne auf eine Zelle mit einem Chloroplasten trifft, normalerweise in Blattzellen von Pflanzen. Chlorophyll, das grüne Pigment in einem Chloroplasten, absorbiert Lichtteilchen, die Photonen genannt werden. Ein absorbiertes Photon initiiert eine Abfolge chemischer Reaktionen, die zwei Arten von hochenergetischen Verbindungen erzeugen, ATP (Adenosintriphosphat) und NADPH (Nikotinamidadenindinukleotidphosphat).
Diese Verbindungen werden später bei der Zellatmung verwendet, um mehr nutzbare Energie in Form von ATP zu erzeugen.
Für die Lichtreaktionen wird neben Lichtenergie auch Wasser benötigt. Bei der Photosynthese werden Wassermoleküle in Wasserstoffionen und Sauerstoff gespalten. Der Wasserstoff wird durch die Reaktion verbraucht und übrig gebliebene Sauerstoffatome werden aus dem Chloroplasten als Sauerstoffgas (O2) freigesetzt.
Lichtunabhängige Reaktionen
Das lichtunabhängig Teil der Photosynthese wird auch als Calvin-Zyklus. Mit den Molekülen, die bei den lichtabhängigen Reaktionen entstehen – ATP für Energie und NADPH für Elektronen – wird das Calvin Zyklus verwendet eine zyklische Reihe von biochemischen Reaktionen, um sechs Moleküle Kohlendioxid in ein Molekül. umzuwandeln Glucose.
Jeder Schritt des Calvin-Zyklus hat ein Enzym, das die Reaktion katalysiert.
Chloroplastenfunktion und grüne Energie
Die Rohstoffe für die Photosynthese kommen natürlicherweise in der Umwelt vor. Pflanzen nehmen Kohlendioxid aus der Luft, Wasser aus dem Boden und Licht von der Sonne auf und wandeln sie in Sauerstoff und Kohlenhydrate um. Das macht Chloroplasten die weltweit effizientesten Verbraucher und Produzenten von sauberer, erneuerbarer Energie.
Es sorgt auch für den Kreislauf von Kohlenstoff und Sauerstoff in der Umwelt. Ohne Photosynthese aus Pflanzen und Algen gäbe es keine Möglichkeit, Kohlendioxid in atembaren Sauerstoff umzuwandeln.
Deshalb Abholzung und Klimawandel sind so umweltschädlich: ohne Massen von Algen, Bäumen und anderen Pflanzen Sauerstoff zu erzeugen und Kohlendioxid, CO2 Niveaus werden steigen. Dies erhöht die globale Temperatur, stört Gasaustauschkreisläufe und kann generell der Umwelt schaden.