Detaillierter Ablauf des Calvin-Zyklus

Der Calvin-Zyklus, auch als lichtunabhängige Reaktion oder Dunkelreaktion der Photosynthese bekannt, ist ein komplexer biochemischer Prozess, der im Stroma der Chloroplasten stattfindet. Er lässt sich in drei Hauptphasen unterteilen:

1. CO₂-Fixierung:

   • Der CO₂-Akzeptor Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) bindet CO₂.
   • Das Enzym RuBisCO katalysiert diese Reaktion.
   • Es entsteht ein instabiler C₆-Körper, der in zwei C₃-Körper (3-Phosphoglycerat) zerfällt.

2. Reduktion:

   • 3-Phosphoglycerat wird unter Verbrauch von ATP zu 1,3-Bisphosphoglycerat phosphoryliert.
   • NADPH reduziert 1,3-Bisphosphoglycerat zu Glycerinaldehyd-3-phosphat (GAP).
   • Ein Teil des GAP verlässt den Zyklus zur Glucosesynthese.

3. Regeneration:

   • Der größte Teil des GAP wird zur Regeneration von RuBP verwendet.
   • Dieser Prozess verbraucht zusätzliches ATP.

Example: Für die Synthese eines Glucose-Moleküls müssen sechs CO₂-Moleküle fixiert werden, was sechs Durchläufe des Calvin-Zyklus erfordert.

Die Calvin-Zyklus Reaktionsgleichung für einen vollständigen Zyklus lautet:

3 CO₂ + 9 ATP + 6 NADPH → Glycerinaldehyd-3-phosphat + 9 ADP + 8 Pi + 6 NADP⁺

Highlight: Der Calvin-Zyklus ist der einzige bekannte Weg, auf dem atmosphärisches CO₂ in organische Verbindungen umgewandelt wird, die von Lebewesen genutzt werden können.

Gesamtbilanz der Fotosynthese

Die Fotosynthese ist ein komplexer Prozess, der sich aus der lichtabhängigen Reaktion und der lichtunabhängigen Reaktion (Calvin-Zyklus) zusammensetzt. Die Gesamtbilanz dieser Reaktionen zeigt die beeindruckende Effizienz, mit der Pflanzen Lichtenergie in chemische Energie umwandeln.

Die Nettogleichung der Fotosynthese lautet:

6 CO₂ + 6 H₂O + Lichtenergie → C₆H₁₂O₆ (Glucose) + 6 O₂

Diese Gleichung fasst den gesamten Prozess zusammen, bei dem Kohlendioxid und Wasser unter Einwirkung von Lichtenergie in Glucose und Sauerstoff umgewandelt werden.

Highlight: Die Fotosynthese ist der einzige bekannte biologische Prozess, der Sonnenenergie direkt in chemische Energie umwandelt und dabei Sauerstoff als Nebenprodukt freisetzt.

Der biologische Sinn der Unterteilung in lichtabhängige und lichtunabhängige Reaktionen liegt in der effizienten Energienutzung:

1. Die lichtabhängige Reaktion wandelt Lichtenergie in chemische Energie (ATP) und Reduktionsmittel (NADPH) um.
2. Die lichtunabhängige Reaktion nutzt diese Produkte, um CO₂ zu fixieren und Glucose zu synthetisieren.

Diese Trennung ermöglicht es den Pflanzen, auch bei wechselnden Lichtbedingungen effizient zu arbeiten.

Quote: "Die Fotosynthese ist der Prozess, der das Leben auf der Erde, wie wir es kennen, ermöglicht hat und weiterhin erhält."

Die Fotosynthese spielt eine zentrale Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf und ist die Grundlage für fast alle Nahrungsketten auf der Erde. Sie ist ein Paradebeispiel für die Anpassungsfähigkeit und Effizienz der Natur.