Fotosynthese
Die Fotosynthese ist einer der wichtigsten Prozesse auf der Erde. Mittels der Fotosynthese nehmen Pflanzen, einige Bakterienarten und Algen die Energie des Sonnenlichtes auf und nutzen sie, um Kohlendioxid und Wasser zu Glukose und Sauerstoff zu verbinden.
Daher ist die Fotosynthese die Grundlage des Nahrungsnetzes und die Hauptquelle für Sauerstoff in unserer Atmosphäre. Ohne Fotosynthese gäbe es auf dem Planeten Erde kein Leben.
Inhaltsverzeichnis
Was ist Fotosynthese genau?
Die Fotosynthese ist ein chemischer Prozess, welcher von Pflanzen, einigen Bakterien und Algen durchgeführt wird, um Lichtenergie in chemische Energie umzuwandeln. Die Fotosynthese schafft also aus energiearmen Stoffen energiereiche Stoffe.
Als unglaublich wichtiger Prozess ist sie für alles Leben auf der Erde verantwortlich, denn nur durch die Fotosynthese werden Sauerstoff und organische Energiemoleküle wie Glukose hergestellt, welche Tiere und Menschen zum Leben brauchen.
Die Fotosynthese ist zusammen mit der Atmung ein grundlegender Bestandteil im Leben von Pflanzen und damit ein Schlüsselprozess im globalen Kohlenstoffkreislauf.
Wie funktioniert die Fotosynthese?
Die Fotosynthese findet, wie ja bereits erwähnt, in Pflanzen, einigen Bakterienarten und bei Algen statt. Schauplatz der Fotosynthese bei Pflanzen sind dabei immer die Blätter bei Laubbäumen und die Nadeln bei Nadelbäumen. Der Blattaufbau spielt dabei für das Funktionieren der Fotosynthese eine zentrale Rolle. Im Palisadengewebe, genauer gesagt in den Chloroplasten des Laubblattes, spielen sich die Prozesse der Fotosynthese ab, da hier das meiste des zentralen Farbstoffes Chlorophyll in den Zellen vorhanden ist.
Chlorophyll ist ein lichtabsorbierender Pigmentfarbstoff, welcher unter anderem für die grüne Farbe der Pflanzen verantwortlich ist. Er macht es den Pflanzen möglich, Energie aus dem Sonnenlicht zu absorbieren und somit Nährstoffe herzustellen.
Die eigentliche Fotosynthese – Reaktion läuft in mehreren Schritten ab. Zu Beginn muss das Sonnenlicht mit einer Wellenlänge zwischen 400 und 700mn in den Zellen der Chloroplasten mittels des Chlorophylls aufgenommen werden. Zudem benötigt die Pflanze Wasser und Kohlenstoffdioxid, damit die Fotosynthese starten kann. Das Wasser nimmt die Pflanze über ihr Wurzelsystem aus dem Boden auf, das Kohlendioxid befindet sich in der Luft. Die eigentliche Fotosynthese Reaktion lässt sich in zwei Teilprozesse, nämlich die lichtabhängige und die lichtunabhängige Reaktion, auch Calvin Zyklus genannt, unterteilen. Die Lichtreaktion findet in der Thylakoidmembran der Pflanzenzelle statt und sorgt dafür, dass die Lichtenergie des Sonnenlichtes in chemische Energie umgewandelt wird. Am Ende der Lichtreaktion entsteht der universelle Energieträger ATP (Adenosintriphosphat) und ein Molekül mit den Namen NADPH. Diese beiden werden im späteren Verlauf des Calvin Zyklus dafür benötigt, die Glukose herzustellen. Zudem entsteht während der Lichtreaktion auch Sauerstoff als Abfallprodukt. Dieser Sauerstoff kommt aus dem für die Reaktion benötigten Wasser. Die Wassermoleküle werden gespalten und des entsteht Wasserstoff und Sauerstoff. Die Pflanze benötigt ab diesem Moment den Sauerstoff nicht mehr, da die lichtunabhängige Reaktion ohne Sauerstoffzugabe stattfindet. Die Pflanzen scheiden den Sauerstoff aus und Menschen und Tiere können ihn zum Atmen nutzen.
Bei der lichtunabhängigen Reaktion wird im sogenannten Calvin Zyklus das letztendliche Produkt, nämlich die Glukose, gebildet. Diese dient dann den Pflanzen als Energielieferant für Wachstum und Überleben. Der Calvin Zyklus benötigt für die Reaktion keine Lichtenergie, ist dafür aber stark temperaturabhängig. Im ersten Schritt des Zyklus bildet sich über ein Fixierungsprozess ein C6- Kohlenstoffmolekül, welches durch seine Instabilität direkt in zwei C3 – Moleküle zerfällt. In der zweiten Phase, der Reduktionsphase, kommen die von der Lichtreaktion bereitgestellten ATP und NADPH ins Spiel. Sie liefern die Energie für die Reaktion im zweiten Zyklusteil. Unter Verbrauch dieser Energieträger reagiert 3-Phosphatglycerinsäure zu 1,3-Bisphospoglycerinsäure.
Danach wird dieses mithilfe von Energie zu Glycerinaldehyd-3-phosphat reduziert. In der dritten und letzten Phase des Zyklus, der sogenannten Regeneration, wird die Ribulose-1,5-Bisphosphat wieder hergestellt, um den Zyklus wieder von vorne starten zu lassen. Ein paar der GAP Moleküle werden dann aus dem Zyklus geleitet, um die benötigte Glukose herzustellen, die anderen GAP Moleküle werden von den Zellen recycelt und wieder in den Kreislauf eingebracht. Als Endprodukte entstehen Glukose und Fructose, welche dann für das Wachstum der Pflanze benötigt werden.
Die Fotosynthese ist also ein ganz schön komplizierter Prozess, welcher von den Pflanzen durchgeführt wird, ohne dass davon äußerlich etwas sichtbar ist.
Durch diese Leistung der Pflanzen ist überhaupt die Produktion von Biomasse, also auch die Produktion von Nahrung für den Menschen, möglich.
Zudem hat die Fotosynthese einen massiven Einfluss auf die Regulierung des globalen Weltklimas, denn durch sie sind Pflanzen in der Lage, Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufzunehmen, den Sauerstoff wiederum zu produzieren und freizusetzen und den Kohlenstoff als Kohlenhydrate zu speichern.
Die Atmung der Pflanzen
Pflanzen sind sehr faszinierende Wesen, denn sie führen für ihr Überleben nicht nur die Fotosynthese aus, sondern können auch atmen. Da die Fotosynthese eine Lichtreaktion ist, welche nur mit der Einstrahlung von Sonnenlicht funktionieren kann, müssen die Pflanzen in der Nacht, wenn es dunkel ist, auf eine andere Form der Versorgung umsteigen. Die Atmung. Bei der Atmung verbrauchen die Pflanzen Glukose, Sauerstoff und setzen im Gegensatz Wasser und Kohlenstoffdioxid frei. Die Zellatmung ist also quasi der Gegenspieler der Fotosynthese und dreht die Reaktionsgleichung um.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Fotosynthese ein wesentlicher Prozess für das Leben auf der Erde ist und für die meisten Ökosysteme eine entscheidende Rolle spielt. Durch die Fotosynthese sind Pflanzen in der Lage, Energie von der Sonne aufzunehmen und in nutzbare Energie umzuwandeln, wodurch sie Nahrung und Sauerstoff für alle Lebewesen bereitstellen.
Autorin: Carina Pfeil