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Photosynthese

Nele vom 19.05.2009 um 17:00

1. 'Was ist Photosynthese, Blattaufbau und allgemeine Reaktionsgleichung


1. Was ist Photosynthese + Blattaufbau
Die Reaktionsgleichung

Heute beschäftigen wir uns mit dem Thema Photosynthese; vom Blatt bis hin zum Endprodukt Glucose. Was ist Photosynthese eigentlich? Photosynthese ist für die Pflanze das, was für uns das Essen ist. Pflanzen essen aber ja nicht - was also dann? Stattdessen betreiben Pflanzen Photosynthese und stellen so ihre Nahrung SELBST her! (Nahrung bedeutet in diesem Fall meist "Glucose", s.u.)

Um den Prozess der Photosynthese zu verstehen, gucken wir erst einmal, wo dieser Prozess stattfindet. Dazu ersteinmal das Blatt im Querschnitt (von oben nach unten): Cuticula, obere Epidermis, Palisadenparenchym (Palisadengewebe), Schwammparenchym (Schwammgewebe), untere Epidermis (mit Spaltöffnungen) Photosynthese findet in den sogenannten Chloroplasten statt und die finden wir in den Parenchymzellen (also Palisadengewebe & Schwammgewebe). Chloroplasten sind wie folgt aufgebaut: Sie haben eine innere & äußere Membran, darin befindet sich das Stroma. Das Stroma umschließt das Grana, einzelne Thylakoid-Plättchen die wie ein Turm aufgestapelt sind. Jedes Thylakoid-"Plättchen" wird von einer Membran, der Thylakoid-Membran, umschlossen.

Ganz allgemein passiert bei der Photosynthese folgendes: KOHLENSTOFFDIOXID und WASSER werden von der Pflanze in GLUCOSE und SAUERSTOFF verwandelt. Chemisch sieht das dann so aus: 6CO2   + 12 H2O ---> C6H12O6 + O2


2. Die Lichtabhängige Phase der Photosynthese

Diese Phase hängt direkt davon ab, dass Licht scheint, denn die Photonen im Licht werden von den Photosystemen I und II benötigt:


2.1. Photosysteme I und II


Photosysteme I und II

Im Photosystem I wird Licht/ Photonen mit einer Wellenlänge von 700 nm "eingefangen" und zum REAKTIONSCENTER P700 transportiert. Jeweils 2 Elektronen (2 e-) werden im Reaktionscenter erregt (-> ihnen wird Energie zugefügt) und zum Primären Elektronenakzeptor transportiert. Dort werden sie zur Elektronentransportkette weitergereicht. (s.u.)

Die 2 Elektronen, die jetzt im Photosystem I "fehlen", müssen ersetzt werden, sie werden ersetzt durch 2 Elektronen aus Photosystem II. Photosystem II funktionirt ähnlich wie Photosystem I. Nur wird hier Licht mit einer Wellenlänge von 680 nm absorbiert. Auch hier werden 2 Elektronen, diesmal von P680, erregt und zum Primären Elektronenakzeptor weitergegeben. Von dort erreichen die zwei Elektronen über die Elektronen Transportkette Photosystem I. Die 2 Elektronen, die jetzt in Photosystem II "fehlen", werden durch WASSER, H2O, ersetzt. H2O wird aufgespalten in Sauerstoff (O2) und 2 Elektronen. Diese zwei Elektronen gelangen dann zum Reaktionscenter P680.


2.2. Die Elektronentransportkette und die Herstellung von Energie in Form von ATP


Elektronentransportkette
Photophosphorisation

Die Elektronentransportkette kann man sich vorstellen wie eine Wasserkette, in der Wasser von einem zum nächsten weitergegeben wird. Natürlich werden hierbei Elektronen "weitergegeben".

Die Thylakoid-Membran (dort findet die Elektronentransportkette statt) nutzt die Energie, die die Elektronen abgeben, um H+ Ionen vom Zellinneren ins Zelläußere zu transportieren. Dabei entsteht ein Konzentrationsgefälle, denn nun sind mehr HIonen außerhalb als innerhalb der Zelle.

Ein Körper versucht immer, Konzentrationsgleichgewicht herzustellen. Also "wollen" die H+ Ionen wieder ins Innere der Zelle. ATP Synthase stellt eine Art "Tunnel" für die H+ Ionen dar, durch den die Ionen wieder ins Zellinnere gelangen können. Die dabei freiwerdende Energie wird von ATP Synthase genutzt, um ATP herzustellen (ATP = Adenintriphosphat). Dieser Vorgang wird PHOTOPHOSPHORISATION genannt ATP ist die Art, in der Energie in Körpern/ Zellen (egal ob pflanzlich oder tierisch) gespeichert und hinterher auch wieder genutzt werden kann.


2.3. Überblick über die Endprodukte der lichtabhängigen Phase


Endprodukte der lichtabhängigen Phase

Im Laufe der lichtabhängigen Phase haben wir drei "Endprodukte" erhalten:

1. NADPH: am Ende der Elektronentransportkette von Photosystem I

2. O2: bei Photosystem II, als Wasser in Elektronen und Sauerstoff aufgespalten wird

3. ATP: bei der Photophosphorisation, durch ATP Synthase


3. Die Lichtunabhängige Phase der Photosynthese


lichtunabhängige Phase Überblick

Die lichtunabhängige Phase wird auch "Calvin Zyklus" (natürlich nach seinem Entdecker...) genannt. Ausgangsstoffe für den Calvinzyklus sind 1. [B]ATP[/B] (Photophosphorisation) 2. [B]NADPH[/B] (Elektronentransportkette) 3. [B]CO[TIEF]2[/TIEF][/B] (Luft) Das Endprodukt des Calvin-Zyklus ist Glucose [B]C[TIEF]6[/TIEF]H[TIEF]12[/TIEF]O[TIEF]6[/TIEF] [/B]


3.1. Der Calvin-Zyklus im Detail


Der Calvin-Zyklus im Detail

Zunächst benötigt der Calvin-Zyklus CO[TIEF]2[/TIEF]. Damit CO[TIEF]2[/TIEF] in den Calvin-Zyklus "eintreten" kann, ist die Hilfe von [B]Rubisco[/B] nötig. Rubisco ist ein Enzym, das es ermöglicht, dass CO[TIEF]2[/TIEF] in den Calvin-Zyklus eintritt. Das nennt man [B]Fixierung von Kohlenstoffdioxid, CO[TIEF]2[/TIEF] [/B]. Am Ende des Prozesses steht 3-PGS. In einem zweiten Schritt wird Energie (ATP & NADPH) verbraucht und [B]G3P[/B] hergestellt. Dann wird ein Molekül G3P freigesetzt. Mit 2 Molekülen G3P kann die Pflanze ein Molekül C[TIEF]6[/TIEF]H[TIEF]12[/TIEF]O[TIEF]6[/TIEF], Glucose, herstellen. Die verbliebenen G3P-Moleküle verbleiben im Calvin-Zyklus und werden (mithilfe von ATP) zu [B]Ribulose[/B] umgewandelt. Mit Ribulose kann ein neuer Calvin-Zyklus beginnen.


4. Photosynthese: eine Zusammenfassung


Zusammenfassung

Beim Vorgang der Photosynthese wir zunächst Lichtenergie (Photonen) in chemische Energie (ATP & NADPH) umgewandelt. Dazu absorbieren Photosystem I & II Licht (Photonen) in der lichtabhängigen Phase. Durch ein Konzentrationsgefälle von H[HOCH]+[/HOCH]-Ionen wird ATP generiert. In der Elektronentransportkette nach Photosystem I ist NADP der finale Punkt der Kette, dort wird aus NADP NADPH (Desoxidierung durch Hinzufügen der beiden Elektronen). ATP und NADPH sind wichtig für den nächsten Schritt der Photosynthese, die [B]lichtunabhängige[/B] Phase, den [B]Calvin-Zyklus[/B]. Dort wird CO[TIEF]2[/TIEF] aus der Luft fixiert und durch mehrere chem. Reaktionen in Glucose C[TIEF]6[/TIEF]H[TIEF]12[/TIEF]O[TIEF]6[/TIEF] umgewandelt. Ein weiteres Endprodukt, das schon am Anfang entsteht, ist Sauerstoff, O[TIEF]2[/TIEF] (beim Aufspalten von Wasser, Photosystem I) Die Endprodukte der Photosynthese sind also [B]SAUERSTOFF[/B] und [B]GLUCOSE[/B]. Sauerstoff wird an die Luft abgegeben, Glucose wird von der Pflanze selbst verwendet.


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