Aufbau des Chloroplasten

Die Fotosynthese läuft in den Chloroplasten ab, die eine klare Struktur aus Membranen und Räumen besitzen.

Wichtige Bauteile

• Stroma: Das Plasma des Chloroplasten, Ort der lichtunabhängigen Reaktion (Calvin-Zyklus).
• Thylakoide: Membranausstülpungen, die sich zu Grana stapeln und die Lichtreaktion beherbergen.
• Doppelmembran: Äußere und innere Membran grenzen das Organell ab.

💡 Tipp: Merk dir für Klausuren: Lichtreaktion in der Thylakoidmembran, Dunkelreaktion im Stroma.

Die Lichtreaktion

Die lichtabhängige Reaktion wandelt Lichtenergie in chemische Energie um.

Stoffbilanz der Lichtreaktion

• Ausgangsstoffe: Wasser ($H_2O$), $ADP$ und $NADP^+$.
• Endprodukte: Sauerstoff ($O_2$), $ATP$ und $NADPH+H^+$.

Der Elektronenfluss (Z-Schema)

• Fotolyse: Wasser wird gespalten, liefert Elektronen für Fotosystem II und setzt $O_2$ frei.
• Elektronentransport: Elektronen wandern über Redoxsysteme zu Fotosystem I und erzeugen ATP.
• Reduktion: Am Ende entsteht durch die NADP-Reduktase das energiereiche $NADPH+H^+$.

💡 Tipp: Der Sauerstoff, den wir atmen, stammt ausschließlich aus der Spaltung des Wassers, nicht aus Kohlenstoffdioxid.

Chemiosmose & ATP-Synthese

Die Bildung von ATP in den Thylakoiden basiert auf einem Konzentrationsunterschied von Protonen.

Protonengradient und pH-Wert

• Protonenpumpe: Der Elektronentransport pumpt $H^+$-Ionen aktiv ins Thylakoidinnere (Lumen).
• pH-Gefälle: Ein hoher Protonenüberschuss im Inneren (niedriger pH) erzeugt ein chemisches Potenzial.

ATP-Bildung im Versuch

• ATP-Synthase: Protonen fließen freiwillig durch dieses Kanalprotein zurück ins Stroma und treiben die ATP-Synthese an.
• Bedingung: Ohne pH-Unterschied (z. B. innen und außen pH 4) entsteht kein ATP.

Beispiel:

• Versuch 1: Innen pH 4, außen pH 4 $\rightarrow$ kein Gradient $\rightarrow$ 0 nmol ATP.
• Versuch 2: Innen pH 4, außen pH 8 $\rightarrow$ starker Gradient $\rightarrow$ ca. 45 nmol ATP.

💡 Tipp: Für die ATP-Synthese ist kein Licht nötig, solange künstlich ein pH-Unterschied erzeugt wird.