Brutto und nettogleichung der fotosynthese unterschied

Die Reaktionen der Fotosynthese in Teilgleichungen:

Teilgleichung Lichtreaktion:              

12 H2O -> 24 (H) + 6 O2

Teilgleichung Dunkelreaktion:          

6 CO2 + 24 (H) -> C6H12O6 + 6 H2O

12 H2O + 6 CO2 + 24 (H) -> 24 (H) + 6 O2 + C6H12O6 + 6 H2O

= 6 CO2 + 6 H2O -> C6H12O6 + 6 O2

Schema: Licht- und Dunkelreaktion der Fotosynthese

Summengleichung für die Lichtreaktion

2 H2O + 2 NADP + 3 (ADP+P) -> 2 NADPH2 + 3 ATP +   O2  / * 6

Summengleichung der Dunkelreaktion:

6 CO2 + 12 NADPH2 + 18 ATP -> C6H12O6 + 6 H2O + 12 NADP +18(ADP+P)

Gesamtgleichung:

6 CO2 + 12 H2O -> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

2

Photosystem 1 & 2

sie wandeln bei der Lichtreaktion der Photosynthese Lichtenergie in chemische Energie um

Antennenkomplexe, Reaktionszentren

Der Antennenkomplex (auch Lichtsammelkomplex) besteht je nach Typus des Photosystems aus zirka 30 Proteinen, die mit Pigmentmolekülen verbunden sind. Sie werden durch das Licht in einen energiereichen, angeregten Zustand angehoben. Diese Energie wird von Molekül zu Molekül in ein Reaktionszentrum weitergeleitet.

Dass Pflanzen Photosynthese betreiben, lernt jedes Kind in der Schule. Aber was steckt eigentlich hinter diesem Begriff und welche Bedeutung hat die Photosynthese für uns Menschen? Hier erklären wir Ihnen auf einfache Weise, wie der biochemische Prozess abläuft und warum er für das Leben auf der Erde so wichtig ist.

Das Geheimnis der Photosynthese wissenschaftlich zu entschlüsseln war ein langwieriger Prozess: Schon im 18. Jahrhundert entdeckte der englische Gelehrte Joseph Priestley mit einem einfachen Experiment, dass grüne Pflanzen Sauerstoff erzeugen. Er setzte den Zweig einer Minze in ein abgeschlossenes Wassergefäß und verband dieses mit einem Glaskolben, unter den er eine Kerze stellte. Tage später stellte er fest, dass die Kerze nicht erloschen war. Die Pflanzen musste also in der Lage gewesen sein, die von einer brennenden Kerze verbrauchte Luft zu erneuern.

Es sollte aber noch weitere Jahre dauern, bis Wissenschaftler erkannten, dass diese Wirkung nicht durch das Wachstum der Pflanze zustande kommt, sondern dem Einfluss des Sonnenlichts zuzuschreiben ist und Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) dabei eine wichtige Rolle spielen. Julius Robert Mayer, ein deutscher Arzt, entdeckte 1842 schließlich, dass Pflanzen bei der Photosynthese die Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln. Grünpflanzen und Grünalgen nutzen das Licht bzw. dessen Energie, um durch eine chemische Reaktion aus Kohlendioxid und Wasser sogenannten Einfachzucker (meist Fructose oder Glucose) und Sauerstoff zu bilden. In einer chemischen Formel zusammengefasst lautet das: 6 H2O + 6 CO2 = 6 O2 + C6H12O6.Aus sechs Wasser- und sechs Kohlendioxid-Molekülen entstehen also sechs Sauerstoff- und ein Zucker-Molekül.

Sauerstoff als Abfallprodukt

Pflanzen speichern also die Sonnenenergie in Zuckermolekülen. Der bei der Photosynthese entstehende Sauerstoff ist im Grunde nur ein Abfallprodukt, den sie über die Spaltöffnungen der Blätter an die Umgebung abgeben. Für Tiere und den Menschen ist dieser Sauerstoff jedoch lebensnotwendig. Ohne den Sauerstoff, den die Pflanzen und Grünalgen produzieren, ist kein Leben auf unserer Erde möglich. Der gesamte Sauerstoff in unserer Atmosphäre wurde und wird von grünen Pflanzen erzeugt! Denn nur sie besitzen Chlorophyll, einen grünen Farbstoff, der in Blätter und weiteren Pflanzenteilen enthalten ist und der eine zentrale Rolle bei der Photosynthese spielt. Chlorophyll ist übrigens auch in roten Blättern enthalten, der grüne Farbstoff wird hier allerdings durch andere Farbstoffe überlagert. Im Herbst wird das Chlorophyll bei sommergrünen Pflanzen abgebaut – andere Blattfarbstoffe wie zum Beispiel Carotinoide und Anthocyane kommen zum Vorschein und ergeben die Herbstfärbung.

Chlorophyll macht die Sonnenenergie nutzbar

Das Chlorophyll, ist ein sogenanntes Photorezeptor-Molekül, denn es ist in der Lage, die Lichtenergie einzufangen beziehungsweise zu absorbieren. Das Chlorophyll steckt in den Chloroplasten, die Bestandteile pflanzlicher Zellen sind. Es ist sehr komplex aufgebaut und hat Magnesium als zentrales Atom. Man unterscheidet das Chlorophyll A und B, die sich in ihrer chemischen Struktur unterscheiden, aber bei der Absorption des Sonnenlichtes ergänzen.

Über eine ganze Kette komplexer chemischer Reaktionen entsteht mit Hilfe der eingefangenen Lichtenergie, dem Kohlendioxid aus der Luft, das die Pflanzen über die Spaltöffnungen in den Blattunterseiten aufnehmen, und Wasser schließlich Zucker. Vereinfacht dargestellt werden zunächst die Wassermoleküle gespalten, wobei jeweils der Wasserstoff (H+) von einer Trägersubstanz aufgenommen und in den sogenannten Calvinzyklus transportiert wird. Hier erfolgt der zweite Teil der Reaktion, die Bildung der Zuckermoleküle durch eine Reduktion des Kohlendioxids. Durch Versuche mit radioaktiv markiertem Sauerstoff konnte nachgewiesen werden, dass der freiwerdende Sauerstoff aus dem Wasser stammt.

Der wasserlösliche Einfachzucker wird von der Pflanze über die Leitungsbahnen in andere Pflanzenteile transportiert und dient als Ausgangsstoff für die Bildung anderer Pflanzenbausteine, zum Beispiel die für uns Menschen unverdauliche Cellulose. Gleichzeitig ist der Zucker aber auch ein Energielieferant für Stoffwechselprozesse. Bei einer Überproduktion bilden viele Pflanzen unter anderem Stärke, indem einzelne Zuckermoleküle zu langen Ketten verknüpft werden. Stärke wird von vielen Pflanzen als Energiereserve in Knollen und Samen eingelagert. Sie beschleunigt den neuen Austrieb beziehungsweise die Keimung und Entwicklung junger Sämlinge erheblich, da diese sich in der ersten Zeit nicht selbst mit Energie versorgen müssen. Der Speicherstoff ist aber auch für uns Menschen eine wichtige Nahrungsquelle – zum Beispiel in Form von Kartoffelstärke oder Weizenmehl. Somit schaffen die Pflanzen mit ihrer Photosynthese erst die Voraussetzungen für tierisches und menschliches Leben auf der Erde: Sauerstoff und Nahrung.

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