Die Photosynthese ist ein faszinierender Prozess der das Überleben zahlreicher Organismen sichert. Er spielt eine entscheidende Rolle in unserem Ökosystem. Insbesondere durch die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie liefert er die Grundlage für fast alle Lebensformen auf der Erde. Zwei zentrale Mechanismen sind dabei von Bedeutung – die Lichtreaktion und die Dunkelreaktion. Diese finden beide in den Chloroplasten der Pflanzen statt. Hier einige wichtige Punkte:
- Ort der Lichtreaktion: Sie vollzieht sich in den Membranen der Granathylakoide. Diese sind spezielle Strukturen innerhalb der Chloroplasten.
- Ort der Dunkelreaktion: Das Stroma – die Flüssigkeit zwischen den Grana – ist der Ort wo die Dunkelreaktion abläuft.
Die Fähigkeit von Pflanzen, Lichtenergie zu nutzen ist bemerkenswert. Grüne Pflanzen können mit Hilfe von Farbstoffen, ebenso wie Chlorophyll a und b, Sonnenlicht "einfangen". Dabei findet die Umwandlung der Lichtenergie in chemische Energie statt. Die Lichtreaktion ist der erste Schritt dieser komplexen Wechselwirkung.
In der Lichtreaktion geschieht Folgendes:
1. ATP-Sequenz: Zunächst wird ATP (Adenosintriphosphat) produziert. Dieses Molekül speichert Energie.
2. Wasserzerlegung: Wasser wird gespalten – in Sauerstoff, Protonen und Elektronen.
Ein entscheidender Bestandteil der Lichtreaktion ist die "Überträgersubstanz" NAD (Nicotinamidadenindinukleotid). Sie nimmt die Protonen und Elektronen auf und leitet sie weiter. Die Lichtreaktion selbst besteht aus zwei spezifischen Photosystemen. Die Photosysteme agieren miteinander in einer ⛓️ von Aufnahme- und Abgabereaktionen.
Wenn Licht auf Chlorophyll trifft, absorbiert es bestimmte Wellenlängen – besonders blaues und rotes Licht. Dies führt zur Anregung des Chlorophyllmoleküls. Diese Energie kann in Form von energiereichen Elektronen weitergegeben werden was zu einer Kettenreaktion führt.
In Photosystem I werden die energiereichen Elektronen zusammen mit Wasserstoff im Molekül NADH gespeichert. Photosystem II hingegen spaltet das aufgenommene Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Gleichzeitig wird ATP produziert. Als „Abfallstoff“ entsteht freier Sauerstoff.
Nach der Lichtreaktion folgt die Dunkelreaktion – oft ebenfalls Calvin-Zyklus genannt. Hier wird CO2 wieder in seine Ausgangsstoffe zerlegt und dadurch in Glukose umgewandelt – ein Prozess der die Basis für die langfristige energetische Speicherung in Pflanzen darstellt. Wichtig ist hierbei, dass die Energie die während der Lichtreaktion in ATP und NADH gespeichert wird, nun nutzen kann um Kohlenhydrate herzustellen.
Aktuelle Forschung zeigt: Die Effizienz der Photosynthese nicht dauerhaft ist und stark von Umweltbedingungen abhängt. Die chemische Energie ´ die in der Dunkelreaktion genutzt wird ` kann unter bestimmten Bedingungen variieren. Pflanzen sind in der Lage – sich an unterschiedliche Lichtverhältnisse und Temperaturen anzupassen und optimieren somit ihren Stoffwechsel.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Licht- und Dunkelreaktion eine grundlegende Rolle für ihre Lebensweise spielen. Sie sind unersetzlich für das Überleben der Pflanzen und somit für das gesamte ökologische Gleichgewicht auf der Erde. Über die fundamentalen Prozesse hinaus bleibt die Forschung zu diesen Mechanismen in einem sich ständig ändernden globalen Klima von größter Wichtigkeit.