Die Grundlagen der Fotosynthese und Fotosynthesepigmente

Die Chloroplasten Funktion ist eng mit dem Prozess der Fotosynthese verbunden, bei dem Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird. Fotosynthesepigmente sind dabei essenzielle Farbstoffmoleküle, die das Sonnenlicht absorbieren und für die Energiegewinnung nutzbar machen. Diese Pigmente befinden sich in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten und bilden spezialisierte Fotosysteme.

Das Absorptionsspektrum der Fotosynthesepigmente zeigt eine charakteristische "Grünlücke", da grünes und gelbes Licht kaum absorbiert werden. Dies erklärt die grüne Farbe der Pflanzen. Das Wirkungsspektrum gibt an, in welchen Wellenlängenbereichen die Pigmente besonders effektiv arbeiten. Die Fotosysteme bestehen aus Lichtsammelkomplexen und Reaktionszentren, die in der Thylakoidmembran verankert sind.

Die Lichtabhängige Reaktion findet in diesen Fotosystemen statt. Der Lichtsammelkomplex bündelt dabei die Lichtenergie und leitet sie zum Reaktionszentrum weiter. Hier wird die Energie in chemische Energie umgewandelt, die für den weiteren Stoffwechsel der Pflanze benötigt wird.

Definition: Fotosynthesepigmente sind spezialisierte Moleküle in den Chloroplasten, die Lichtenergie absorbieren und für die Fotosynthese nutzbar machen.

Die Lichtunabhängige Reaktion und der Calvin-Zyklus im Detail

Der Calvin-Zyklus ist ein fundamentaler biochemischer Prozess, der im Stroma der Chloroplasten stattfindet. Dieser komplexe Vorgang gliedert sich in drei wesentliche Calvin-Zyklus Phasen, die zusammen die Lichtunabhängige Reaktion bilden. Die Bedeutung dieses Zyklus liegt in der Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in Glucose, einem lebenswichtigen Energieträger für Pflanzen.

Definition: Der Calvin-Zyklus ist der CO₂-fixierende Teil der Photosynthese, der im Stroma der Chloroplasten abläuft und aus drei Hauptphasen besteht: Fixierung, Reduktion und Regeneration.

In der Fixierungsphase wird CO₂ durch das Enzym RuBisCO an Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) gebunden. Dieser erste Schritt ist entscheidend für die gesamte Lichtunabhängige Reaktion Ablauf. Das entstehende instabile Zwischenprodukt zerfällt sofort in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerinsäure (PGS). Diese Phase ist der Startpunkt für die Umwandlung von anorganischem Kohlenstoff in organische Verbindungen.

Die Reduktionsphase nutzt die Energie aus ATP und NADPH+H⁺, die in der Lichtabhängigen Reaktion gebildet wurden. Hier wird PGS zu Phosphoglyceraldehyd (PGA) reduziert. Dieser Prozess ist energieaufwendig und hebt den Kohlenstoff auf die Energiestufe der Kohlenhydrate an. Die Calvin-Zyklus Zusammenfassung zeigt, dass aus zwei PGA-Molekülen ein C₆-Körper entsteht, der entweder als Stärke gespeichert oder als Glucose in den Stoffwechsel eingeschleust wird.

Highlight: Für einen vollständigen Calvin-Zyklus werden 18 ATP und 12 NADPH+H⁺ benötigt, um aus 6 CO₂-Molekülen ein Glucose-Molekül zu bilden.