Lexikon

Photosynthẹse

[griechisch]

Fotosynthese

Photosynthese (Schema)

Schema eines Chloroplasten mit Chlorophyll enthaltenden Thylakoiden (grün). Zur Durchführung der Photosynthese benötigen die Chloroplasten Licht, Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂). Daraus werden Zucker (Glucose) und Sauerstoff(O₂) gebildet (orange = Fettspeicher, blau = Matrix).

die Synthese energiereicher organischer Verbindungen aus energiearmen anorganischen Molekülen, die vor allem die Pflanzen, aber auch Cyanobakterien und phototrophe Bakterien mit Hilfe der Sonnenenergie durchführen. Dabei nehmen die Pflanzen Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) auf, synthetisieren daraus Glucose (C₆H₁₂O₆) und setzen Sauerstoff (O₂) frei. Die Glucose dient den Organismen als Grundbaustein zum Aufbau ihrer Körpermasse sowie zur Energiegewinnung. Mit den ersten Photosynthese treibenden Einzellern auf der Erde begann vor zwei bis drei Milliarden Jahren die Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff, wodurch erst allmählich unsere Atmosphäre entstand. Damit ist die Photosynthese die Grundlage allen höheren Lebens auf der Erde.

Bedeutung

Der aus vielen Teilschritten bestehende äußerst komplexe Vorgang der Photosynthese ist die wichtigste Stoffwechselleistung vor allem der Pflanzen, die hierdurch unmittelbar oder mittelbar die Nahrungsgrundlage für alle übrigen Organismen erzeugen. Da hierbei als Nebenprodukt Sauerstoff entsteht, der in die Atmosphäre abgegeben wird, ist die Photosynthese auch von entscheidender Bedeutung für den Erhalt des Sauerstoffanteils in der Erdatmosphäre.

Ablauf

Bei der Photosynthese lassen sich eine Lichtreaktion und eine Dunkelreaktion unterscheiden. Die Lichtreaktion findet in den Chloroplasten (Plastiden) der Pflanzenzellen statt. In ihnen befindet sich ein System von Thylakoidmembranen, das die verschiedenen Photosynthesepigmente enthält. Das wichtigste ist der grüne Farbstoff Chlorophyll, daneben existieren Carotinoide u. a. Sie fangen Lichtenergie ein und werden daher auch Antennenpigmente genannt. Durch die eingefangene Lichtenergie werden Chlorophyllmoleküle angeregt, Elektronen abzugeben, die über Elektronentransportketten weitergegeben und zum Aufbau des Reduktionsmittels NADPH (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat) genutzt werden. Dabei wird Energie frei, die durch die Bildung von ATP (Adenosintriphosphat) chemisch gebunden wird. Die im Chlorophyll fehlenden Elektronen werden durch die Spaltung von Wasser in Elektronen, Protonen und Sauerstoff (Photolyse) ersetzt.

In der Dunkelreaktion wird diese Energie in Form von ATP dazu verwendet, um aus dem aufgenommenen anorganischen Kohlendioxid über mehrere Zwischenschritte energiereiche organische Glucose aufzubauen, die entweder für Stoffwechselleistungen dient oder in Form von Stärke gespeichert wird. Die Bilanzgleichung der Photosynthese lautet:

6 CO₂ (Kohlendioxid) + 6 H₂O (Wasser) + Lichtenergie → C₆H₁₂O₆ (Glucose) + 6 O₂ (Sauerstoff).

Auch bei anderen Prozessen, die in der Pflanze ablaufen, wird das in der Photosynthese gebildete ATP als Energieüberträger benötigt, etwa um den aktiven Stofftransport in Pflanzen zu ermöglichen.

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