am Puls Biologie 5, Schulbuch

49 Zellstoffwechsel 2.3 Fotosynthese Die Fotosynthese ist einer der wichtigsten chemischen Prozesse auf der Erde Glossar 1 Melvin Calvin: Amerikanischer Biochemiker, 1911–1997. Er identifizierte die chemischen Re- aktionen der CO 2 -Fixierung in der Fotosynthe- se und entdeckte, wie CO 2 in organische Mole- küle umgewandelt wird. Er bekam dafür 1961 den Nobelpreis für Chemie. Aufgabe W 1 Die Ansammlung von Sauerstoff in der Atmosphäre vor 2,5 Milliarden Jahren führte zu einem Massenaussterben, das man die „große Sauerstoffkatastrophe“ nennt. Recherchiere, welche Organismen dabei ausstarben und erläutere warum wir heute darüber Bescheid wissen. Du weißt bereits, dass Pflanzen aus Wasser und Kohlenstoffdioxid Traubenzucker (Glukose) her- stellen können. Die dazu nötige Energie liefert das Sonnenlicht. Dieser Prozess heißt Foto- synthese. Sie ist eine der wichtigsten chemi- schen Reaktionen für das Leben auf der Erde. Alle Pflanzen, die Fotosynthese betreiben, bein- halten den grünen Blattfarbstoff Chlorophyll . Sämtliche grünen Pflanzenteile sind fotosynthe- tisch aktiv. Den größten Anteil an der Foto- synthese tragen aber die grünen Blätter, die dazu dienen, das Sonnenlicht optimal einzufangen. Bei der Fotosynthese produzieren Pflanzen als Nebenprodukt Sauerstoff (O 2 ). In der Frühzeit des Lebens, vor etwa drei Milliarden Jahren, be- saß die Erdatmosphäre noch keinen Sauerstoff. Lebewesen, die Sauerstoff zum Atmen benöti- gen, wie der Mensch, wären in der damaligen Luft erstickt. Erst durch die Cyanobakterien än- derte sich dies. Cyanobakterien sind blaugrüne Bakterien, die zu den ältesten Lebewesen auf der Erde zählen und die Fotosynthese betreiben. Die massenhafte Produktion von Sauerstoff als Nebenprodukt der Fotosynthese führte vor 2,5 Milliarden Jahren zu einer völligen Änderung der Lebensbedingungen auf der Erde. Plötzlich war Sauerstoff zum Atmen vorhanden. Für viele der damaligen Lebewesen war dieser Sauerstoff allerdings giftig, und sie starben aus. Gleichzeitig ermöglichte die sauerstoffhaltige Atmosphäre ein Entstehen vieler neuer Arten, die den Sauerstoff nutzen konnten. Als im Lauf der Evolution Pflanzen entstanden, erhöhte sich der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre durch deren Fotosynthese noch weiter. Denk bei deinen nächsten Atemzügen einmal darüber nach: Jedes einzelne Sauerstoffmolekül, das du atmest, wurde bei der Fotosynthese erzeugt. Pflanzen stellen den Zucker, von dem sie sich ernähren, selbst her. Der Ablauf der Fotosynthese Die Fotosynthese läuft in zwei zusammenhän- genden Schritten ab: einem lichtabhängigen und einem lichtunabhängigen Schritt. Hier bekommst du einen Gesamtüberblick über diese beiden Schritte der Fotosynthese, die man die Lichtreak- tion und den Calvin-Zyklus 1 nennt. Beim ersten Schritt wird das Sonnenlicht benö- tigt. Dieser Teil der Fotosynthese wird auch als Fotolyse des Wassers bezeichnet, weil dabei Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird ( k Abb. 12). Diese Reaktion ist sehr energie- aufwendig. Die Spaltung der Wassermoleküle wird durch die Energie aus dem Sonnenlicht ermöglicht. Der energiereiche, frei werdende Wasserstoff wird dabei unmittelbar an ein Überträgermolekül (Coenzym), das NADP + , ge- bunden. Zusätzlich wird im ersten Schritt Energie in Form von ATP freigesetzt. Der zweite Schritt ist lichtunabhängig und kann daher auch im Dunklen erfolgen. Im Calvinzyklus entsteht Zucker: Der energiereiche Wasserstoff aus dem gespaltenen Wasser reagiert mit CO 2 zu Glukose ( k Abb. 12). Das ATP liefert die dafür not- wendige Energie. Die Reaktionsgleichungen der beiden Teilreaktio- nen sowie der Gesamtreaktion sind in Abbildung 12 angegeben. Auf den nächsten Seiten werden die Teilreaktionen der Fotosynthese genauer be- sprochen. H 2 O CO 2 ADP ATP Zucker + Calvinzyklus Lichtreaktionen NADP + NADPH e – e – Granum Stroma Licht- energie lichtab- hängige Reaktionen lichtun- abhängige Reaktionen Lichtenergie Lichtenergie 12 H 2 O 24 H + 6 O 2 6 CO 2 + 24 H C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O 6 CO 2 + 12 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O lichtabhängig: lichtunabhängig: Gesamtgleichung: Abb.12: Fotosynthese. Die chemischen Abläufe der Lichtreaktion und des Calvinzyklus finden in den Chloroplasten statt. Die Fotosynthese besteht aus einem lichtabhängigen und einem lichtunab- hängigen Schritt. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv