Photosynthese

Chlorophyll findet man in der Chloroplasten-Membran, die in Form großer Proteinkomplexe abgelagert ist – Fotosysteme: 

• Fotosystem I – wichtig für die Erfassung von Licht mit einer Wellenlänge von 700nm oder mehr,
• Fotosystem II– wichtig für die Erfassung von Licht mit einer Wellenlänge von 680nm oder weniger,

Außerdem unterscheiden wir während der Photosynthese andere Prozesse, nämlich:

A. Primäre Prozesse der Photosynthese: 

1. Fotosystem I
2. Fotosystem II
3. Photolyse von Wasser (Wassermoleküle durch Lichtenergie geschnitten in Elektron, Proton (Kation H⁺) und Sauerstoff: Zersetzung von Wasser H₂O → 1/2 O₂ + 2H⁺ + 2e^- )

B. Sekundäre Prozesse der Photosynthese

Primäre Prozesse der Photosynthese

Primärprozesse werden auch als leichte Phase (photochemische Phase) bezeichnet. Chlorophyll A ermöglicht die Umwandlung der Energie des absorbierten Photons in chemische Energie. In diesem Stadium werden ATP (Energiequelle für Glukose) und das Coenzym NADPH (Wasserstoffquelle) aus zwei absorbierten Photonen gebildet. ATP tritt nach der Absorption des ersten Photons auf, NADPH nach der Absorption des zweiten. Zunächst wird ein Fotosystem II aktiviert, bei dem durch die Lichtenergie ein hochenergetisches Elektron erzeugt wird. Dieses wird dann auf das Fotosystem I übertragen. Das aus der Photosynthese II freigesetzte Elektron wird an NADPH übergeben und durch ein Elektron aus Wasser ersetzt.

Sekundäre Prozesse der Photosynthese

Sekundärprozesse werden auch als synthetische Phase (CO₂ -Fixierungsphase) bezeichnet. Diese Prozesse erfordern im Gegensatz zu den primären nicht mehr die Anwesenheit von Licht. Deshalb können wir sie die dunkle Phase nennen. Sie erfordert die Anwesenheit von Kohlendioxid, ATP, NADPH, Kohlenstoff-Maskierungsmitteln, spezifischen Enzymen und Coenzymen. Diese Phase ist jedoch nicht für alle Pflanzen gleich. Dementsprechend sind sie in C₃ -Pflanzen und C₄ -Pflanzen unterteilt.

Die Pflanzen C₃ : Zu einem Zeitpunkt der Evolution, zu dem die Atmosphäre reich an CO₂ und arm an Sauerstoff war, entstanden zunächst die C3-Pflanzen mit ihrem Schlüsselenzym, die Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/-Oxygenase (Rubisco). Die Kohlenstoffdioxid-Fixierung erfolgt im Calvin-Zyklus bei der Rubisco-Reaktion an Ribulose-1,5-bisphosphat (kurz RubP2). Die dabei entstehende Zwischenstufe ist hochgradig instabil und zerfällt spontan in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat (kurz 3-PGS), das erste fassbare Zwischenprodukt bei den C3-Pflanzen. Das 3-PGS enthält drei Kohlenstoffatome, wovon sich der Name dieses Pflanzentyps ableitet.

Die Pflanzen C₄ – Im Vergleich zu den C3-Pflanzen, können C4 Pflanzen eine schnellere Photosynthese bei mehr Wärme und Licht durchführen. Da das Oxalacetat, ein C4-Körper, dass erste feste Produkt der Photosynthese ist, wurde die Bezeichnung zur Unterscheidung von den Pflanzen mit „normalem“ Photosynthesestoffwechsel gewählt. Bekannte C4-Pflanzen sind Amarant, Hirse, Mais, Zuckerrohr und Chinaschilf. Verglichen mit C3- Pflanzen sind sie für die menschliche Ernährung besser geeignet, da sie viele Kohlenhydrate (z. B. Mais) enthalten (Križan, 2004).

Faktoren, die Photosynthese beeinflussen

Der Verlauf der Photosynthese wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter:

• Wellentheorie des Lichts: die an der besten geeigneten Komponente für Licht ist rotes Licht (630 – 750 nm) und blauviolettes Licht (420 – 450 nm). Von all dem Licht, das auf die Pflanze fällt, kann sie nur 2% verbrauchen, der Rest wird reflektiert.
• Kohlendioxid: ein starker Anstieg oder Abfall seiner Konzentration in der Atmosphäre verlangsamt oder stoppt die Photosynthese.
• Temperatur: die optimale Temperatur für den Verlauf der Photosynthese hängt von der Pflanzenart ab. Optimal für Pflanzen ist eine Temperatur zwischen 0 und 40 °C.
• Wasser: in seiner Abwesenheit schließt die Pflanze ihre Poren, um die Aufnahme von Kohlendioxid zu verhindern und die Photosynthese verlangsamt sich.

Heterotrophe Organismen

Heterotrophe Organismen erhalten aus fremden organischen Materialien ihre Energie. Im Gegensatz zu autotrophen Organismen kann kein Mensch Sonnenlicht oder Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen und davon leben. Heterotrophe Organismen nehmen im Allgemeinen komplexe organische Stoffe aus der Umgebung auf. In ihrem Verdauungssystem kommt es zunächst zu einer mechanischen (mit einem Mundstück – Insekten, Zähnen und Zungen – Menschen, aber auch Bauchmuskeln usw.) und dann zu einer chemischen Spaltung von aufgenommenen Stoffen (intrazellulär – insbesondere bei Urtieren, extrazellulär – tritt in den Hohlräumen und Teilen des Verdauungssystems auf, z. B. im Magen). Enzyme werden beispielsweise von der restlichen Nahrung getrennt, in die Körperflüssigkeiten absorbiert und danach zu den Verbrauchsstellen transportiert. Die unverbrauchten Nahrungsrückstände werden aus dem Körper eliminiert. Heterotrophe Organismen müssen auch anorganische Substanzen aufnehmen, insbesondere Wasser und biogene Elemente (Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff).