Zusammenfassung: Fotosynthese
Fotosynthese / Fotosynthese und Ökologie
- Pflanzenzellen: Eukaryotische Zellen, im Unterschied zur tierischen Zelle besitzen Pflanzenzellen eine feste Zellwand, Vakuolen und Chloroplasten.
- Pflanzen und verschiedenste Bakterienarten nutzen den reduktiven Prozess der Fotosynthese zur Erzeugung von Biomasse. Die aus Lichtenergie aufgenommene Energie wird eingesetzt, um Wasser zu spalten und Redoxäquivalente (NADPH+H+) zu erzeugen. Ein Protonengradient wird zur Erzeugung von ATP aus ADP und Pi genutzt.
- Die Redoxsysteme der Lichtreaktion oder Primärreaktion bestehen aus dem wasserspaltenden Komplex, dem Fotosystem II und I, dem Plastochinol-Pool sowie Plastochinon, Plastocyanin und dem Cytochromkomplex sowie Ferredoxin.
- Die Lichtenergie wird über Lichtsammelkomplexe gesammelt und auf die Reaktionssysteme des Fotosystems II bzw. I übertragen. Ein angeregtes Chlorophyll gibt Elektronen ab, diese werden im Fotosystem II durch die Spaltung des Wassers, im Fotosystem I durch Elektronenübergabe von Plastocyanin ersetzt.
- Bakterien zeigen spezielle Anpassungen in der Fotosynthese. So findet sich Bakteriorhodopsin in Halobakterien. Dieses System besitzt kein Chlorophyll. Die Fotosynthese wird über das Hauptpigment Bakteriorhodopsin gesteuert.
- Gleichfalls finden sich Bakterien, die statt Wasser als ersten Elektronendonor H2S einsetzen. Es gibt bakterielle Systeme, die ausschließlich auf einem Fotosystem nach dem Typ des Fotosystems I bzw. ausschließlich auf einem Fotosystem nach dem Typ des Fotosystems II Fotosynthese betreiben. Eine Besonderheit sind auch Bakterien, die Licht im Wellenlängenbereich des grünen Lichts nutzen.
- Die Dunkelreaktion oder der Calvin-Zyklus ist mit der biochemisch wichtigste Vorgang hier auf der Erde! Die Biomasseproduktion ist direkt von der Fotosyntheseleistung abhängig.
- Die Aufnahme des Kohlenstoffdioxids (CO2) erfolgt in den Chloroplasten. Akzeptor ist dabei Ribulose-1,5-bisphosphat. Das Enzym Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase (RubisCO) katalysiert die Anlagerung von CO2 an Ribulose-1,5-bisphosphat. Dieser C6-Körper wird in 2 C3-Körper gespalten (3-Phosphoglyerat). Nach Reduktion zu Glycerinaldehyd-3-phosphat können zwei dieser Dreierzucker zum C6-Körper Glukose fusionieren.
- Der Calvin-Zyklus kann in drei Teile aufgeteilt werden:
- CO2-Aufnahme
- Reduktionsvorgänge und Erzeugung der Glukose
- Regeneration des Akzeptormoleküls Ribulose-1,5-bisphosphat
- Pflanzen regeln durch das Schließen und Öffnen der Stomata den Gasaustausch! Um das „Abfallprodukt“ Sauerstoff abzugeben und das Produkt CO2 aufzunehmen, müssen die Spaltöffnungen geöffnet werden. Die Gefahr: Wasserverlust!
- Pflanzen an heißen und trocken Standorten reagieren mit unterschieden Mechanismen auf den durch den Gasaustausch verursachten Wasserverlust!
- CAM-Pflanzen: Nutzen der kühlen Nachtstunden zur Aufnahme von Kohlenstoffdioxid
- C4-Pflanzen: Aufnahme des Kohlenstoffdioxid über einen zusätzlichen Stoffwechselweg, erst dann Übertragung des CO2 auf Ribulose-1,5-bisphosphat
- Pflanzen an heißen und trocken Standorten reagieren mit unterschieden Mechanismen auf den durch den Gasaustausch verursachten Wasserverlust!
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