Big Bang HTL 4, Schulbuch

56 Biochemie und Biotechnologie (IV. Jahrgang, 7. Semester) Die Rohstoffe der Photosynthese, CO 2 und H 2 O, werden von der Pflanze zu den Chloroplasten transportiert. Das Wasser wird, mithilfe der Wurzeln aus dem Boden aufgenommen. Danach erfolgt der Transport über eine Art Rohrleitungs- system, dem Xylem, bis in die Blätter. Das Kohlenstoffdioxid gelangt über kleine verschließbare Poren an der Unterseite der Blätter, den Spaltöffnungen oder auch Stomata ge- nannt, zum Ort der Photosynthese. Dort verlassen auch Sauerstoff und Wasserdampf die Blätter (siehe Abb. 4.13; F23 ). Abb. 4.20: Aufbau eines Chloroplasten Die Photosynthese wird in die folgenden zwei Phasen unter- teilt, die beide in den Chloroplasten stattfinden: – Licht ab hängige Reaktion – Licht unab hängige Reaktion Oft wird zweitere auch als Dunkelreaktion bezeichnet, aber auch sie läuft nicht im Dunkeln, bei Nacht, ab, sondern tagsüber gemeinsam mit der lichtabhängigen Reaktion, weshalb wir den Begriff „Dunkelreaktion“ besser nicht ver- wenden. Die lichtunabhängige Reaktion braucht zwar kein Licht, aber die Produkte der lichtabhängigen Reaktion. Außerdem benötigt sie eine gewisse Temperatur, sie ist also wärmeabhängig. 1. Lichtabhängige Reaktion Was passiert: Durch die Energie des Lichts und die Hilfe eines Proteinkomplexes spaltet Chlorophyll Wasser in Sau- erstoff und H + -Ionen. Durch eine Elektronentransportkette in der Membran wird NADPH (ein e – -Transporter wie NADH) und ATP aufgebaut. Ort: Thylakoidmembran in den Chloroplasten Abb. 4.21: Lichtabhängige Reaktion der Photosynthese Details: Wie bei der Atmungskette findet auch die lichtab- hängige Reaktion der Photosynthese an einer Membran statt. In dieser Membran befinden sich wieder Proteinkom- plexe und Coenzyme, die in der Lage sind e- zu transportie- ren. War die Reduktion von Sauerstoff in der Atmungskette eine exotherme Reaktion so ist die Spaltung von Wasser endotherm. Die dafür notwendige Energie wird von der Sonne bereitgestellt. Der Farbstoff Chlorophyll und andere Farbstoffe in der Thylakoidmembran der Chloroplasten sind in der Lage Lichtenergie zu absorbieren. Sie sind dazu in Enzymkomplexe (die sogenannten Photosysteme PSI und PSII) verpackt. Durch die Absorption des Lichts wird die Spaltung von Wasser zu Sauerstoff und H + -Ionen ermöglicht. Die dem Sauerstoff entzogenen Elektronen wandern wie in der Atmungskette (siehe Abb. 4.13 für Details) durch die Membran bis sie auf NADP + übertragen werden. Es entsteht NADPH. Die aufgenommene Energie wird außerdem ge- nutzt um einen H + -Gradienten aufzubauen wie wir ihn schon aus der Atmungskette kennen. In diesem Fall ist die Konzentration der H + -Ionen im Inneren der Thylakoide er- höht. Dieser Konzentrationsunterschied wird auch hier von der ATP-Synthase genutzt, um ATP zu bilden. Die wichtigsten Produkte der lichtabhängigen Reaktion sind also Sauerstoff, NADPH und ATP . Summengleichung der lichtabhängigen Reaktion: 12 H 2 O + 12 NADP + + 18 ADP + 18 P i → 6 O 2 + 12 NADPH/H + + 18 ATP 2. Lichtunabhängige Reaktion (= Calvin-Zyklus) Was passiert : Mit der Hilfe von ATP und NADPH wird CO 2 in einem Kreislaufprozess zu Glycerinaldehyd-3-phosphat (GA3P) reduziert. Zwei GA3P können zu einer Glucose ver- knüpft werden. Ort: Stroma (im Chloroplasten, außerhalb der Thylakoide) Abb. 4.22: Schema des Calvinzyklus Details: Der Kreislaufprozess wird in 3 Phasen eingeteilt: – CO 2 -Fixierung – Reduktion – Regeneration des CO 2 -Akzeptors Der besondere Schritt des Calvinzyklus ist die CO 2 Fixierung. Hier wird anorganisches Kohlenstoffdioxid in ein organi- sches Molekül integriert. Das verantwortliche Enzym Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv