am Puls Biologie 5, Schulbuch

50 Der lichtabhängige Teil der Fotosynthese Glossar 1 Lichtspektrum: Der Bereich von elektroma- gnetischen Wellen unterschiedlicher Wellenlän- ge (400nm bis 700nm), die für den Menschen als verschiedenfarbiges Licht sichtbar sind. 2 Komplementärfarbe: Komplementäre Far- ben ergeben miteinander gemischt einen neutralen Grauton (zB Blau/Gelb). Aufgabe W 1 In Seen treten in tieferen Wasser- schichten Algen mit anderen Pigmenten auf als in höheren Wasserschichten. Im Tiefen ab- sorbieren sie gerade im grünen Spektralbe- reich gut. Erläutere, warum das sinnvoll ist. Basiskonzept Variabilität, Verwandtschaft, Geschich- te, Evolution: Die Fähigkeit, Sonnenlicht zur Energiebereitstellung zu nutzen, vererbte sich ausgehend von einem Organismus, der diese Fähigkeit ursprünglich entwickelt hatte, als lebensnotwendiges Merkmal von einer Generation zur nächsten. Die grünen Teile von Pflanzen bestehen aus Zellen, die Chloroplasten beinhalten. Das sind grüne, linsenförmige Organellen, in denen die Fotosynthese abläuft. Für die grüne Farbe der Chloroplasten ist das Chlorophyll , der grüne Blattfarbstoff, verantwortlich, von dem es mehre- re unterschiedliche Typen gibt. Es ist besonders konzentriert in der Membran der Thylakoide . Das sind Membranstrukturen, die das Innere der Chloroplasten durchziehen und Stapel von abge- flachten Scheiben bilden können ( k Abb. 12). Nicht nur Pflanzen, sondern auch manche Bak- terien und Algen betreiben Fotosynthese. Die Farbstoffmoleküle sind bei allen drei Gruppen sehr ähnlich. Das kommt daher, dass ihre Foto- synthesesysteme in der Evolution nicht unabhän- gig voneinander entstanden sind, sondern von einem gemeinsamen Vorläufer abstammen. Pflanzen können nicht das gesamte Lichtspek- trum 1 gleich gut nutzen, sondern bevorzugen das Licht bestimmter Wellenlängen . Sie sind beson- ders gut darin, kurzwelliges (blaues) und lang- welliges (rotes) Licht zu absorbieren. Der Grund dafür liegt in den unterschiedlichen Blattfarbstoffen, die jeweils Licht mit einer be- stimmten Wellenlänge besonders gut einfangen können. Sie erscheinen dadurch in ihrer Komple- mentärfarbe 2 . Beispielsweise können die Chloro- phylle insbesondere blaues und rot-orangenes Licht gut einfangen. Die anderen Anteile werden reflektiert und daher erscheinen uns Pflanzen grün. Andere Blattfarbstoffe wie die so genann- ten Carotinoide fangen vor allem blaues Licht ein – sie erscheinen gelb-orange. Wenn Licht auf die Farbstoffmoleküle trifft, nehmen diese dadurch Energie in Form von Lichtteilchen (Photonen) auf. Das heißt, ihre Elek- tronen werden kurzzeitig auf ein höheres Ener- gieniveau gehoben. Man nennt das die Absorp­ tion der Lichtenergie. Die beiden Komplexe, die diese Absorption be- werkstelligen, heißen Fotosystem I und II . Jeder Chloroplast enthält tausende von diesen Foto- systemen. Jedes Fotosystem wiederum enthält etwa 100 verschiedene Farbstoffmoleküle, mit je- weils einem zentralen Chlorophyllmolekül. Die beiden Fotosysteme können Licht unterschiedli- cher Wellenlängen, nämlich 680nm und 700nm, optimal einfangen. Sie arbeiten bei der Absor- ption von Sonnenlicht zusammen ( k Abb. 13). Die Chloroplasten sind der Ort der Fotosynthese Variabilität, Verwandt- schaft, Geschichte und Evolution FS II FS I P* 680 P 680 P 700 P* 700 1,0 0 –1,0 Redoxpotenzial (v) + NADP + NADPH e – e – ½ 2 2 e – 2 e – O 2 H 2 O NADPH H 2 O O 2 H + CO 2 Zucker + + NADP + ADP P ATP Lichtenergie Lichtenergie Elektronentransport Abb.13: Z-Schema der Fotosynthese. Elektronen gelangen durch die Spaltung des H 2 O-Moleküls entlang einer Transportkette aus Protein zum NDAP + . Das zentrale Chlorophyllmolekül P 680 des FS II wird durch die Energie des Sonnenlichts derart angeregt, dass es Elektronen an benachbarte Moleküle abgibt. Diese Elektronen werden wie entlang einer Transportkette weiterbefördert. Das nun fehlende Elektron im Chlorophyllmolekül wird durch Elektronen aufgefüllt, die bei der Spaltung des Wassers in 2 H + und ½ O 2 freiwerden. Bei dem Transport verlieren die Elektronen aber Energie. Deshalb müssen sie im FS I noch einmal durch Lichtenergie auf ein höheres Energieniveau gehoben werden, um auf NADP + übertragen werden zu können. Nach der Absorption von Lichtenergie im FS II fließen Elektronen über verschiedene Reaktionspartner in der Elektronentransportkette zum Fotosystem I. Die Elektronenlücke im P680 wird mit Elektronen aus H 2 O gefüllt. Nach der Absorption von Lichtenergie im FS I fließen die Elektronen zum NADPH. c b a Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv