Teil 5: Photosynthese

Photosynthese

Die Zellen aller Lebewesen durchlaufen kontinuierliche chemische Reaktionen, die das Leben ermöglichen. Die Summe dieser chemischen Reaktionen wird als Stoffwechsel bezeichnet. Da sich Pflanzen nicht wie Menschen und Tiere bewegen können, um Nahrung zu suchen, müssen sie durch eine Reihe spezifischer chemischer Reaktionen ihre eigene Energie produzieren, die zusammenfassend als Photosynthese bezeichnet werden. Der Photosyntheseprozess kann durch die folgende Gleichung zusammengefasst werden:

CO2 + H2O → CH2O (Einfachzucker) + O2 + H2O

An der Photosynthese sind mehrere anatomische Teile der Pflanze beteiligt. Die Blätter absorbieren das Sonnenlicht und enthalten auch die Chloroplasten, in denen der eigentliche Prozess der Photosynthese stattfindet. Auch der Gasaustausch findet in den Blättern statt. Pflanzen „atmen“ in einer Weise, die der unseren entgegengesetzt ist: Sie atmen Kohlendioxid ein und setzen Sauerstoff frei. Die Wurzeln nehmen Wasser auf und über das komplizierte Leitungssystem im Stamm und in den Zweigen gelangt das Wasser bis zu den Blättern. Sobald alle notwendigen Komponenten (Wasser, Kohlendioxid und Sonnenenergie) vereint sind, kann die Photosynthese beginnen.

Komplexe Reaktionen

Auch wenn die oben dargestellte Reaktion einfach erscheinen mag, besteht die Photosynthese doch aus einer Reihe von zwei komplexen Reaktionen: Lichtreaktionen und den Calvin-Zyklus. Beide Prozesse finden in den Chloroplasten statt. Die Lichtreaktionen nutzen Lichtenergie (absorbiert von grünen Chlorophyllpigmenten) und H2O, um chemische Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) und Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH) herzustellen, wobei Sauerstoff (O2) als Nebenprodukt freigesetzt wird. Wenn Licht auf die Pigmente im Inneren der Chloroplasten trifft, werden die Elektronen „angeregt“, d. h. sie werden nun energetisiert. Ein Teil dieser Energie wirkt darauf hin, die Wassermoleküle auseinanderzubrechen. Der Sauerstoff (O aus dem H2O) wird in die Atmosphäre abgegeben und von anderen lebenden Organismen genutzt. Ein weiterer Teil der Energie bindet die Wasserstoffatome (H aus dem H2O) an das NADP, es entsteht NADPH. NADPH ist ein energieführendes Molekül, das die Energie für andere Reaktionen liefert. Der Rest der Energie wird in ein weiteres hochenergetisches Molekül namens ATP eingebaut, das ebenfalls für zusätzliche Reaktionen genutzt wird. Im Calvin-Zyklus werden Dreikohlenstoffzucker aus dem CO2 aus der Luft und der Energie aus den in den Lichtreaktionen zusammengesetzten ATP- und NADPH-Molekülen hergestellt. Aus diesen Dreikohlenstoff-Einfachzuckern können dann komplexere Zucker wie Glukose (ein Sechskohlenstoffzucker) hergestellt werden.