Hauptinhalt
Kurs: Biologie Bibliothek > Lerneinheit 13
Lektion 1: Einführung in die PhotosyntheseEinführung in die Photosynthese
Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie. Reaktionen der Photosynthese, wo sie stattfinden, und ihre ökologische Bedeutung.
Einführung
Hast du in letzter Zeit einen Baum umarmt? Wenn nicht, solltest du vielleicht mal darüber nachdenken. Du, zusammen mit dem Rest der menschlichen Bevölkerung, verdankst deine Existenz Pflanzen und anderen Organismen, die Licht einfangen. Tatsächlich ist das meiste Leben auf der Erde nur möglich, weil die Sonne den Ökosystemen kontinuierlich Energie liefert.
Alle Organismen, einschließlich des Menschen, benötigen Energie, um die Stoffwechselreaktionen von Wachstum, Entwicklung und der Fortpflanzung anzutreiben. Aber Lebewesen können Lichtenergie nicht direkt für ihren Stoffwechsel verwenden. Stattdessen muss sie zuerst durch Photosynthese in chemische Energie umgewandelt werden.
Was ist Photosynthese?
Die Photosynthese ist der Prozess, bei dem Lichtenergie in chemische Energie in Form von Zuckern umgewandelt wird. In einem Prozess, der durch Lichtenergie angetrieben wird, werden Glukosemoleküle (oder andere Zucker) aus Wasser und Kohlendioxid hergestellt und Sauerstoff als Nebenprodukt freigesetzt. Die Glukosemoleküle stellen den Organismen zwei entscheidende Ressourcen zur Verfügung: Energie und gebundenen organischen Kohlenstoff.
- Energie. Die Glukosemoleküle dienen als Brennstoff für Zellen: Ihre chemische Energie kann durch Prozesse wie Zellatmung und Gärung gewonnen werden, die Adenosintriphosphat (
- Gebundener Kohlenstoff. Kohlenstoff aus Kohlendioxid - anorganischer Kohlenstoff - kann in organische Moleküle eingebaut werden; dieser Prozess wird als Kohlenstoff-Assimilation, oder auch Kohlenstoff-Fixierung, bezeichnet, und der Kohlenstoff in organischen Molekülen wird auch fixierter Kohlenstoff genannt. Der Kohlenstoff, der während der Photosynthese gebunden und in Zucker eingebaut wird, kann zum Aufbau anderer Arten von organischen Molekülen genutzt werden, die von den Zellen benötigt werden.
Die ökologische Bedeutung der Photosynthese
Photosynthetisch aktive Organismen, einschließlich Pflanzen, Algen und einige Bakterien, spielen eine wichtige ökologische Rolle. Sie führen chemische Energie und gebundenen Kohlenstoff in Ökosysteme ein, indem sie Licht nutzen, um Zucker herzustellen. Da diese Organismen ihre eigene Nahrung produzieren, also ihren eigene Kohlenstoff binden, indem sie Lichtenergie verwenden, nennt man sie auch photoautotroph (wörtlich: selbsternährend unter Verwendung von Licht).
Menschen und andere Lebewesen, die Kohlendioxid nicht selbst in organische Verbindungen umwandeln können, werden heterotroph bezeichnet, was bedeutet, dass sie bei der Ernährung auf andere angewiesen sind. Heterotrophe Lebewesen erhalten gebundenen Kohlenstoff nur durch den Verzehr anderer Organismen oder ihrer Erzeugnisse. Tiere, Pilze und viele Prokaryoten und Protisten sind heterotrophe Lebewesen.
Neben der Einführung von gebundenem Kohlenstoff und Energie in Ökosysteme beeinflusst die Photosynthese auch die Zusammensetzung der Erdatmosphäre. Die meisten photosynthetisch aktiven Organismen erzeugen Sauerstoff als Nebenprodukt und das Aufkommen der Photosynthese - vor
Photosynthetisch aktive Organismen entfernen auch große Mengen an Kohlendioxid aus der Atmosphäre und nutzen die Kohlenstoffatome, um organische Moleküle herzustellen. Ohne die Fülle an Pflanzen und Algen auf der Erde, die ständig Kohlendioxid aufnehmen, würde sich das Gas in der Atmosphäre ansammeln. Obwohl photosynthetisch aktive Organismen einen Teil des durch menschliche Aktivitäten produzierten Kohlendioxids entfernen, fangen steigende Konzentrationen in der Atmosphäre Niveaus Hitze ein und bewirken, dass sich das Klima ändert. Viele Wissenschaftler glauben, dass die Erhaltung von Wäldern und anderen Vegetationsflächen immer wichtiger wird, um diesen Anstieg des Kohlendioxidgehalts zu bekämpfen.
Photosynthese läuft in Blättern ab
Pflanzen sind die häufigsten autotrophen Organismen in terrestrischen, das heißt Landökosystemen. Alle grünen Pflanzengewebe können Photosynthese betreiben, aber in den meisten Pflanzen findet die Photosynthese in der Regel in den Blättern statt. Die Zellen in einer mittleren Schicht des Blattgewebes, genannt Mesophyll, sind der primäre Ort der Photosynthese.
Kleine Poren, genannt Stomata - im Singular Stoma -, befinden sich auf der Oberfläche der Blätter der meisten Pflanzen und lassen Kohlendioxid in die Mesophyllschicht diffundieren und Sauerstoff herausdiffundieren.
Jede Zelle im Mesophyll enthält Organellen mit dem Namen Chloroplasten, die darauf spezialisiert sind, die Reaktionen der Photosynthese durchzuführen. In jedem Chloroplasten sind scheibenartige Strukturen, die Thylakoide, wie Stapel von Pfannkuchen angeordnet. Diese Stapel werden Grana – im Singular Granum – genannt. Die Membran jedes Thylakoids enthält grün gefärbte Pigmente, die Chlorophylle genannt werden und Licht absorbieren können. Der mit Flüssigkeit gefüllte Raum um die Grana wird als Stroma und der Raum innerhalb der Thylakoidscheiben als Thylakoidlumen bezeichnet. Verschiedene chemische Reaktionen finden in den verschiedenen Teilen des Chloroplasten statt.
Die lichtabhängigen Reaktionen und der Calvin-Zyklus
Die Photosynthese in den Blättern von Pflanzen besteht aus vielen Schritten, aber sie kann in zwei Phasen unterteilt werden: die lichtabhängigen Reaktionen und den Calvin-Zyklus.
- Die lichtabhängigen Reaktionen finden in der Thylakoidmembran statt und erfordern eine kontinuierliche Zufuhr von Lichtenergie. Das Chlorophyll absorbiert diese Lichtenergie, die durch die Bildung von zwei Verbindungen, das Energiespeichermolekül
- Der Calvin-Zyklus, auch als lichtunabhängige Reaktionen bezeichnet, findet im Stroma statt und benötigt kein direktes Licht. Stattdessen verwendet der Calvin-Zyklus
Zusammengefasst fangen die lichtabhängigen Lichtenergie ein und speichern sie vorübergehend in den chemischen Formen
Photosynthese vs. Zellatmung
Betrachtet man die Gesamtreaktionen sind Photosynthese und Zellatmung nahezu entgegengesetzte Prozesse. Sie unterscheiden sich nur in Form der aufgenommenen oder freigesetzten Energie, wie die folgende Abbildung zeigt.
Auf der Ebene der einzelnen Schritte ist die Photosynthese nicht nur eine umgekehrte Zellatmung. Wie wir noch in diesem Kapitel sehen werden, läuft die Photosynthese in eigenen, einzigartigen Schritten ab. Es gibt jedoch einige bemerkenswerte Ähnlichkeiten zwischen Photosynthese und Zellatmung.
Zum Beispiel enthalten sowohl Photosynthese als auch Zellatmung eine Reihe von Redoxreaktionen (Reaktionen, bei denen Elektronen übertragen werden). In der Zellatmung wandern Elektronen unter Bildung von Wasser und Freisetzung von Energie von Glukose zu Sauerstoff. Bei der Photosynthese wandern sie in die entgegengesetzte Richtung, beginnen im Wasser und wandern hinauf zur Glukose auf - ein energieverbrauchender Prozess, der durch Licht angetrieben wird. Wie die Zellatmung verwendet auch die Photosynthese eine Elektronentransportkette, um einen Konzentrationsgradienten von
Wenn dir diese Dinge nicht vertraut verkommen, mach dir keine Sorgen! Du musst nicht die Zellatmung kennen, um die Photosynthese zu verstehen. Lies einfach weiter und du wirst alle Besonderheiten dieses lebenserhaltenden Prozesses kennenlernen.
Willst du an der Diskussion teilnehmen?
Noch keine Beiträge.