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Der Calvin-Zyklus

Forschungsgeschichte der Photosynthese

Die im Verlauf eines Jahres sichtbaren Veränderungen der Pflanzen prägen unsere unmittelbare Anschauung unserer Umwelt. Melvin Calvin erhielt den Nobelpreis für Chemie 1961 für ein Erklärungsmodell - den Calvin-Zyklus - und für praktische Arbeiten über wesentliche Teilprozesse der biochemischen Vorgänge des Pflanzenwachstums. In der Zusammenfassung aller Ergebnisse gelang es Calvin, einen Photosynthesezyklus vorzuschlagen, diesen mit weiteren biosynthetischen Reaktionen zu verknüpfen und so die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie zu erklären. Diesem Durchbruch Calvins ging eine lange Vorgeschichte voraus, denn die treibenden Kräfte für Fortpflanzung und Wachstum der Pflanzen interessierten die Menschen von alters her.

Calvins Wegbereiter

Melvin Calvin

Melvin Calvin war ein US-amerikanischer Biochemiker, der 1961 den Nobelpreis für Chemie erhielt.

Bereits im 17. Jahrhundert wurde der Grundstein für unsere heutige Vorstellung über das Pflanzenwachstum gelegt. Der niederländische Arzt Jan Baptiste van Helmont führte ein Experiment durch: Er wog eine junge Weide (etwa 2,5 kg) und die Erde (etwa 91 kg), in die er sie einpflanzte. Anschließend beobachtete er über fünf Jahre das Wachstum des eingetopften Baumes. Danach war die Weide um 75 kg schwerer, die Erde um etwa 57 g leichter, woraus van Helmont schloss, dass das zugegebene Wasser für das Wachstum verantwortlich war. Auch Calvins Photosynthesezyklus basiert auf diesem Experiment.

Nach intensiven Forschungen waren bis zu Beginn des 20. Jahrhunderts die wesentlichen Reaktionsbestandteile und Parameter der Photosynthese in der Summe, aber noch nicht in ihren einzelnen Schritten bekannt: Unter dem Einfluss von Licht werden durch Chlorophyll Kohlendioxid und Wasser in Sauerstoff und in Zuckerverbindungen, im weiteren Reaktionsverlauf die Zuckerverbindungen in Stärke umgewandelt. Verbunden ist mit dieser chemischen Reaktion die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie. Als Speicher für diese chemische Energie dienen die höhermolekularen, in der Pflanze aufgebauten Verbindungen. Als Abfallprodukt der Reaktion entsteht Sauerstoff, den die Pflanze als Abgas entsorgt. Dieser Stoff wiederum ist für Lebensprozesse bei Menschen und Tieren notwendig.

Robert Hill gelang 1937 der Nachweis, dass die Umwandlung der aufgenommenen Lichtenergie in chemische Energie, die damit gleichzeitig verbundene Entstehung molekularen Sauerstoffs und die Aufnahme und chemische Umwandlung des Kohlendioxids (CO2) getrennt verlaufen. Diese Umwandlung des CO2 in Zucker und Stärke verläuft in einem ersten Schritt einer langen Kette in einer Dunkelreaktion und wird durch relativ energiereiche chemische Verbindungen ausgelöst. Diese wiederum wandeln sich in energieärmere Verbindungen um, werden dann aber über einen ebenfalls komplizierten und langen Weg regeneriert. Mittels der verschiedenen chemischen Reaktionen leisten die Pflanzen damit einen wesentlichen Beitrag zum Energiedurchsatz in den verschiedenen Lebensprozessen.

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aus der wissen.de Redaktion; Quelle Brockhaus
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Chorophyll und die Photosynthese

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