Dienstag, 9. Oktober 2012

Die Fotosynthese



Man spricht von Fotosynthese, wenn Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird. (chemische Energie ist z.B. Zucker)

Orte der Fotosynthese sind die Chloroplasten, die sich in allen grünen Teilen einer Pflanze befinden. Hauptsächlich jedoch findet die Fotosynthese in den Chloroplasten der Blätter einer Pflanze statt. 
 
Chloroplasten sind Zellorganellen einer pflanzlichen Zelle mit zwei Membranen. In ihnen findet die Fotosynthese statt.

Zwischen der oberen und der unteren Epidermis des Blattes (vereinfacht gesagt zwischen der oberen und unteren sichtbaren Haut des Blattes) befindet sich das Mesophyll, in deren Zellen die Chloroplasten eingelagert sind. 

Mesophyll, Stomata, Epidermis
Querschnitt eines Blattes

Stomata: sind kleine Spaltöffnungen des Blattes, durch die Kohlenstoffdioxid in das Blattinnere und Sauerstoff aus dem Blatt treten kann;

Eine Mesophyllzelle, also eine Zelle der Mesophyll-Schicht eines Blattes, enthält mehrere Chloroplasten. Innerhalb der Chloroplasten befindet sich das Chlorophyll.

Chlorophyll: ist ein grüner Farbstoff der daher für die Farbe der Blätter verantwortlich ist; Chlorophyll befindet sich in den Chloroplasten und ist für die Absorption der Lichtenergie verantwortlich;


Ein kurzer Überblick über die Abfolge des oben genannten Aufbaus einer Mesophyllzelle:
  • Mesophyllzelle
  • innerhalb der Mesophyllzellen:  Chloroplasten als Organellen
  • innerhalb der Chloroplasten: mehrere Thylakoide (Membransäckchen innerhalb eines Chloroplasten); das Chlorophyll ist in den Thylakoid-Membranen eingelagert. 


Reaktionsgleichung der Fotosynthese:


6 CO2 + 12 H2O + Lichtenergie --> C6H12O6 + 6 O2 + H2O
 
CO2 (Kohlenstoffdioxid)          H2O (Wasser)
C6H12O6 (Glucose)                  O2 (Sauerstoff)

Die Reaktionsgleichung kann gekürzt werden, wenn der Wasserverbrauch genauer betrachtet wird. Auf der linken Seite werden 12 Moleküle Wasser benötigt, auf der rechten Seite entstehen jedoch wieder 6 Moleküle Wasser. Es wird so gekürzt, dass diese Gleichung entsteht: 

6 CO2 + 6 H2O + Lichtenergie --> C6H12O6 + 6 O2

Wissenswertes zur Reaktion der Fotosynthese:

Produkt der Fotosynthese ist ein Kohlenhydrat (Zucker) mit drei C-Atomen, der von der Pflanze herangezogen wird um Glucose herzustellen.

Der Sauerstoff (O2) der während der Fotosynthese frei wird, entstammt nicht dem Kohlenstoffdioxid (CO2) sondern dem Wasser (H2O).


Die Stadien der Fotosynthese:


Fotosynthese Überblick
Die Fotosynthese: wie Licht- und Dunkelreaktion zusammenhängen

  1. Lichtreaktion 


    Ort der Lichtreaktion sind die Thylakoide  in den Chloroplasten.
    Licht und Wasser werden als Quelle herangezogen, Sauerstoff entsteht dabei als Nebenprodukt.
    Die chemische Energie, die aus Lichtenergie gewonnen wurde wird hier als ATP und NADPH gespeichert. (keine Umsetzung zu Zuckermoleküle!! diese findet erst bei der Dunkelreaktion statt

    Die Lichtreaktion beinhaltet zwei Arten von Photosystemen:
    Photosystem II (PSII) und Photosystem I (PSI). Zu beachten: Die Benennung der beiden Systeme erfolgte nach der Reihenfolge ihrer Entdeckung nicht aber nach der photosynthetisch aktiven Reihenfolge. Demnach erfolgt das PSII vor dem PSI.

    Aufbau eines Photosystems:
    Ein Photosystem besteht aus einem Reaktionszentrum, das von sogenannten Lichtsammelkomplexen umgeben ist. Die Lichtsammelkomplexe sind jene Orte, in denen sich die verschiedenen Farbstoffmoleküle (Chlorophyll a, Chlorophyll b, Carotinoide) befinden. Eine größere Anzahl der Farbstoffmoleküle erlauben einem Photosystem ein größeres Spektrum an Licht für die Fotosynthese verwenden zu können. 

  2. Dunkelreaktion = Calvin Zyklus


    Entdecker: Melvin Calvin;
    Der Calvin-Zyklus läuft im Stroma (Innenraum des Chloroplasten) der Chloroplasten ab.
    Bei diesem Schritt entstehen Zuckermoleküle als Endprodukt.
    Bei diesem Zyklus wird CO2 aus der Luft als Quelle herangezogen.
    ATP und NADPH aus der Lichtreaktion sind wichtige Energieträger, die notwendig sind um Kohlenstoffdioxid in Kohlenhydrate einzubauen.

    Für die Synthese eines Moleküls Glucose (ein C6-Kohlenhydrat) verbraucht der Calvin Zyklus 6 Moleküle CO2, 18 Moleküle ATP und 12 Moleküle NADPH.

    Allgemein: Die Dunkelreaktion kommt zu ihrem Namen aus dem Grund, da keiner ihrer Schritte auf Lichtenergie angewiesen ist, sondern nur auf das Vorhandensein von zuvor in der Lichtreaktion hergestelltem ATP und NADPH. Da aber nur genug ATP und NADPH hergestellt werden kann, wenn genug Licht vorhanden ist, läuft auch der Calvin Zyklus nur tagsüber ab.