Die Photosynthese ist ein Prozess zur Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie, die von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien ausgeführt wird
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Das Wort Photosynthese bedeutet Synthese durch Licht und bezieht sich auf einen der wichtigsten biologischen Prozesse auf der Erde. Durch die Freisetzung von Sauerstoff und den Verbrauch von Kohlendioxid hat die Photosynthese die Welt in eine bewohnbare Umgebung verwandelt, die wir heute kennen. Darüber hinaus ist der Prozess die primäre Energiequelle für alle Lebewesen.
Der niederländische Physiker Jan Ingenhousz stellte 1779 als erster fest, dass Pflanzen in Gegenwart von Sonnenlicht Sauerstoff produzierten, und galt als Entdecker der Photosynthese. Im Jahr 1782 fügte Jean Senebier hinzu, dass bei der Photosynthese neben Sonnenlicht auch Kohlendioxid verwendet wird. Maria Pelletier und Joseph Caventou prägten 1818 den Begriff "Chlorophyll", um sich auf das grüne Pigment zu beziehen, und waren mit Photorezeptorenzymen ausgestattet, die die Photosynthese ermöglichen.
Was ist Photosynthese?
Die Photosynthese kann als ein Prozess der Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie definiert werden. Es wird von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien durchgeführt, die als autotrophe und photosynthetische Organismen klassifiziert werden, weil sie in der Lage sind, aus Licht ihre eigene Nahrung herzustellen.
Die Bedeutung der Photosynthese
Der von photosynthetischen Organismen produzierte Sauerstoff ist wichtig, um das Leben auf dem Planeten, wie wir ihn kennen, aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus haben die aus der Photosynthese gewonnenen Produkte die materielle Geschichte der Menschheit geprägt, da sie Ressourcen wie Öl, Erdgas, Zellulose, Kohle und Brennholz hervorgebracht haben. Diese Ressourcen entstehen durch die Umwandlung von Sonnenlicht in Energiereserven (Photosynthese), gefolgt von anderen geologischen und technologischen Prozessen.
Photosynthesegleichung
Die Photosynthese ist ein langer und komplexer Prozess, der im Allgemeinen durch die folgende Gleichung zusammengefasst werden kann:
- 6CO2 + 12H2O + Licht → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Wo Photosynthese stattfindet
In Pflanzen und Algen findet die Photosynthese in Chloroplasten statt. Bei Cyanobakterien wird es neben membranösen Lamellen durchgeführt, die im flüssigen Teil des Zytoplasmas vorhanden sind.
Chloroplast ist eine Organelle mit einer Außenmembran und einer Innenmembran. Sein Inneres hat häutige Lamellen, die mit kleinen Taschen verbunden sind, die Thylacoide genannt werden. Der Innenraum wird vom Stroma gefüllt, einer viskosen Flüssigkeit, die DNA, Ribosomen und Enzyme enthält, die den Prozess der Photosynthese unterstützen. In diesen Thylacoiden und Deckgläsern befindet sich Chlorophyll.
Photosyntheseschritte
Die Photosynthese kann in zwei Phasen unterteilt werden: die photochemische Phase und die chemische Phase.
Die photochemische Phase tritt nur in Gegenwart von Licht auf und tritt in den Thylacoiden und Membranlamellen auf. Seine Hauptfunktion besteht darin, Lichtenergie in chemische Energie umzuwandeln. Es besteht aus zwei Hauptprozessen: Wasserphotolyse und Photophosphorylierung.
Die chemische Phase ist nicht lichtabhängig und wird in einem anderen Teil des Chloroplasten, dem Stroma, durchgeführt. Darin verbinden sich die Produkte aus der vorherigen Phase, der Photochemie, mit atmosphärischem CO2, um im sogenannten Calvin-Benson-Zyklus Glukose, Wasser und Stärke zu produzieren.
Photochemische Phase
Wasserphotolyse
Die Wasserphotolyse ist die erste Stufe der Photosynthese und der Moment, in dem die empfangene Lichtenergie den Abbau von Wassermolekülen fördert und Sauerstoffgas, Elektronen und H + erzeugt. Gasförmiger Sauerstoff wird in die Atmosphäre freigesetzt, während freie Wasserstoffmoleküle (H +) von einer Verbindung namens NADP + angezogen werden, wodurch NADPH entsteht, das in der chemischen Phase zum Aufbau von Glucosemolekülen verwendet wird.
Diese Stufe wird durch die Formeln dargestellt:- H2O ⇾ 2H + + 2 Elektronen + ½ O2
- NADP + + H + ⇾ NADPH
Photophosphorylierung
Bei der Photophosphorylierung erfolgt die Bildung von ATP durch Zugabe eines anorganischen Phosphats (Pi) zu einem ADP-Molekül (Adenosindiphosphat) unter Verwendung von Lichtenergie. ATP-Moleküle sind die Hauptform der von Lebewesen synthetisierten chemischen Energie. Diese Stufe der Photophosphorylierung erfolgt parallel zur Photolyse von Wasser und jedes von ihnen erzeugt Produkte, die in der nächsten Phase der Photosynthese verwendet werden.
Dieser Schritt wird durch die Formel dargestellt: ADP + Pi ⇾ ATP
Chemische Phase
In der letzten Phase der Photosynthese wird in der chemischen Phase Kohlendioxid aus der Umwelt oder der Zellatmung der Pflanze verwendet und zwei in der vorherigen Phase erzeugte Verbindungen werden verwendet: ATP und NADPH. In diesem Stadium tritt der sogenannte Calvin-Benson-Zyklus auf, eine Folge von Reaktionen, die Glukose, Wasser und Stärke erzeugen.
Fazit
Die Photosynthese ist das Ergebnis der Verbindung der beiden oben beschriebenen Phasen, der photochemischen Phase und der chemischen Phase. Alle Lebensformen auf der Erde hängen in gewisser Weise von den durch die Photosynthese erzeugten Produkten ab: Sauerstoff und Glukose. Darüber hinaus ist die Photosynthese für das Gleichgewicht der atmosphärischen Zusammensetzung wesentlich.
