Was Entsteht Bei Der Fotosynthese

Die Fotosynthese ist ein grundlegender Prozess, der das Leben auf der Erde ermöglicht. Sie ist die Grundlage der Nahrungskette und spielt eine entscheidende Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Dieser Artikel erklärt, was bei der Fotosynthese entsteht und warum dieser Prozess so wichtig ist.

Was ist Fotosynthese?

Die Fotosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen, Algen und einige Bakterien Lichtenergie nutzen, um Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) in Zucker (Glukose) und Sauerstoff (O₂) umzuwandeln. Vereinfacht ausgedrückt, ist es die Art und Weise, wie Pflanzen ihre eigene Nahrung herstellen.

Die chemische Gleichung für die Fotosynthese lautet:

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

Dieser Prozess findet in den Chloroplasten statt, den Organellen in Pflanzenzellen, die Chlorophyll enthalten. Chlorophyll ist das Pigment, das Pflanzen ihre grüne Farbe verleiht und das Licht absorbiert, das für die Fotosynthese benötigt wird.

Die Produkte der Fotosynthese

Die Fotosynthese erzeugt zwei Hauptprodukte: Glukose (Zucker) und Sauerstoff.

Glukose (C₆H₁₂O₆)

Glukose ist ein einfacher Zucker, der als Energiequelle für die Pflanze dient. Sie wird durch die Fotosynthese synthetisiert und kann entweder direkt von der Pflanze genutzt oder in komplexere Kohlenhydrate wie Stärke umgewandelt und gespeichert werden. Stärke dient als langfristige Energiespeicher für die Pflanze und wird bei Bedarf in Glukose umgewandelt.

Die Glukose wird für verschiedene Zwecke in der Pflanze verwendet:

• Energielieferant: Glukose wird durch Zellatmung abgebaut, um die Energie (ATP) zu erzeugen, die für das Wachstum, die Reparatur und andere Stoffwechselprozesse der Pflanze benötigt wird.
• Baustein für komplexere Kohlenhydrate: Glukosemoleküle können zu größeren Molekülen wie Stärke (zur Speicherung) oder Cellulose (für die Zellwände) verbunden werden.
• Vorstufe für andere organische Moleküle: Glukose dient als Ausgangsstoff für die Synthese anderer organischer Moleküle wie Aminosäuren, Fette und Vitamine.

Sauerstoff (O₂)

Sauerstoff ist ein Nebenprodukt der Fotosynthese. Er entsteht, wenn Wassermoleküle während der lichtabhängigen Reaktionen gespalten werden. Der Sauerstoff wird in die Atmosphäre freigesetzt und ist lebensnotwendig für die Atmung der meisten Lebewesen, einschließlich Menschen und Tiere.

Ohne die Fotosynthese gäbe es keinen Sauerstoff in der Atmosphäre, und das Leben, wie wir es kennen, wäre nicht möglich. Die Fotosynthese hat die Erdatmosphäre im Laufe der Erdgeschichte grundlegend verändert und den Weg für die Entwicklung komplexer Lebensformen geebnet.

Der Ablauf der Fotosynthese

Die Fotosynthese lässt sich in zwei Hauptphasen unterteilen: die lichtabhängigen Reaktionen und die lichtunabhängigen Reaktionen (auch Calvin-Zyklus genannt).

Lichtabhängige Reaktionen

Die lichtabhängigen Reaktionen finden in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten statt. Hier wird Lichtenergie vom Chlorophyll absorbiert und in chemische Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) und NADPH (Nicotinamidadenindinukleotidphosphat) umgewandelt. Während dieser Phase wird auch Wasser gespalten, wodurch Sauerstoff freigesetzt wird.

Die wichtigsten Schritte der lichtabhängigen Reaktionen sind:

• Lichtabsorption: Chlorophyll absorbiert Lichtenergie, wodurch Elektronen in angeregte Zustände versetzt werden.
• Elektronentransportkette: Die angeregten Elektronen werden durch eine Elektronentransportkette transportiert, wodurch Energie freigesetzt wird, die zur Bildung von ATP genutzt wird.
• Wasserspaltung: Wasser wird gespalten, um Elektronen zur Ersetzung der durch die Lichtabsorption verlorenen Elektronen zu liefern. Dabei entsteht Sauerstoff als Nebenprodukt.
• NADPH-Bildung: Die Elektronen werden schließlich auf NADP+ übertragen, wodurch NADPH entsteht, ein wichtiger Reduktionsmittel für die lichtunabhängigen Reaktionen.

Lichtunabhängige Reaktionen (Calvin-Zyklus)

Die lichtunabhängigen Reaktionen, auch Calvin-Zyklus genannt, finden im Stroma der Chloroplasten statt. Hier wird die in ATP und NADPH gespeicherte Energie genutzt, um Kohlendioxid in Glukose umzuwandeln. Dieser Prozess wird auch als Kohlenstofffixierung bezeichnet.

Die wichtigsten Schritte des Calvin-Zyklus sind:

• Kohlenstofffixierung: Kohlendioxid wird an ein Molekül namens Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) gebunden, katalysiert durch das Enzym RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase).
• Reduktion: Das resultierende Molekül wird durch ATP und NADPH reduziert, wodurch ein Zucker namens Glyceraldehyd-3-phosphat (G3P) entsteht.
• Regeneration: Ein Teil des G3P wird verwendet, um RuBP zu regenerieren, damit der Zyklus erneut beginnen kann. Der restliche G3P wird zur Synthese von Glukose und anderen organischen Molekülen verwendet.

Faktoren, die die Fotosynthese beeinflussen

Die Effizienz der Fotosynthese wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst:

• Lichtintensität: Die Fotosyntheserate steigt mit zunehmender Lichtintensität bis zu einem bestimmten Punkt, an dem sie gesättigt ist.
• Kohlendioxidkonzentration: Eine höhere Kohlendioxidkonzentration kann die Fotosyntheserate erhöhen, insbesondere bei Pflanzen, die in Umgebungen mit niedriger CO₂-Konzentration leben.
• Temperatur: Die Fotosynthese ist ein enzymatischer Prozess, der von der Temperatur beeinflusst wird. Die optimale Temperatur variiert je nach Pflanzenart.
• Wasserverfügbarkeit: Wassermangel kann die Fotosyntheserate reduzieren, da Wasser für die Wasserspaltung in den lichtabhängigen Reaktionen benötigt wird und die Schließung der Stomata (Poren in den Blättern) die CO₂-Aufnahme einschränken kann.
• Nährstoffverfügbarkeit: Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Kalium sind für das Wachstum und die Funktion der Pflanzen und somit auch für die Fotosynthese unerlässlich.

Die Bedeutung der Fotosynthese für die Umwelt

Die Fotosynthese ist von entscheidender Bedeutung für die Umwelt und das Leben auf der Erde aus mehreren Gründen:

• Sauerstoffproduktion: Die Fotosynthese ist die Hauptquelle für Sauerstoff in der Atmosphäre, der für die Atmung der meisten Lebewesen unerlässlich ist.
• Kohlenstoffdioxidbindung: Die Fotosynthese entzieht der Atmosphäre Kohlendioxid, ein wichtiges Treibhausgas, und trägt so zur Regulierung des Klimas bei.
• Grundlage der Nahrungskette: Pflanzen, die Fotosynthese betreiben, bilden die Basis der Nahrungskette. Sie werden von Herbivoren gefressen, die wiederum von Carnivoren gefressen werden.
• Produktion von Biomasse: Die Fotosynthese produziert Biomasse, die als Rohstoff für verschiedene Produkte wie Holz, Papier, Nahrungsmittel und Biokraftstoffe genutzt werden kann.

Zusammenfassung

Die Fotosynthese ist ein komplexer und lebenswichtiger Prozess, bei dem Pflanzen, Algen und einige Bakterien Lichtenergie nutzen, um Kohlendioxid und Wasser in Glukose und Sauerstoff umzuwandeln. Glukose dient als Energiequelle und Baustein für die Pflanze, während Sauerstoff als Nebenprodukt freigesetzt wird und für die Atmung der meisten Lebewesen unerlässlich ist. Die Fotosynthese ist die Grundlage der Nahrungskette, reguliert das Klima und produziert Biomasse. Ohne die Fotosynthese wäre das Leben, wie wir es kennen, nicht möglich.