Grundlagen & Chloroplasten

Die Fotosyntheseformel

Pflanzen betreiben autotrophe Assimilation und wandeln Lichtenergie in chemische Energie um.

• Formel: $6\text{ CO}_2 + 6\text{ H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{Licht}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{ O}_2$
• Autotroph: Aufbau organischer Stoffe aus anorganischen Stoffen.
• Zellatmung: Nachts überwiegt die heterotrophe Dissimilation (Sauerstoffverbrauch).

Ort des Geschehens

Der Prozess findet in den Chloroplasten der Pflanzenzellen statt.

• Chlorophyll: Grüner Farbstoff, der Sonnenlicht absorbiert.
• Doppelreaktion: Geteilt in lichtabhängige und lichtunabhängige Reaktion (Calvin-Zyklus).

💡 Tipp: Merk dir die Summenformel rückwärts – das ist die Formel der Zellatmung.

Die lichtabhängige Reaktion

Das Grundprinzip

Lichtenergie wird in chemische Energie umgewandelt, um später Kohlenhydrate aufzubauen.

• Ziel: Produktion von ATP, $\text{NADPH}+\text{H}^+$ und Sauerstoff.
• Fotolyse des Wassers: Wasser wird gespalten: $\text{H}_2\text{O} \rightarrow \frac{1}{2}\text{ O}_2 + 2\text{ H}^+ + 2\text{ e}^-$.
• Fotosysteme: Zwei Systeme (Fotosystem I & II) heben Elektronen auf ein höheres Energieniveau.

Energieübertragung

Elektronen fließen über eine Kette von Redoxsystemen.

• Proteine: Plastochinon, Cytochrom-$b/f$-Komplex und Plastocyanin leiten Elektronen weiter.

💡 Achtung: Der Sauerstoff, den wir atmen, stammt aus dem gespaltenen Wasser, nicht aus dem Kohlendioxid.

Der Elektronentransport im Detail

Der Elektronenfluss

Elektronen wandern durch Lichtanregung schrittweise durch die Thylakoidmembran.

• Fotosystem II: Gibt angeregte Elektronen ab; die Lücke wird durch die Fotolyse des Wassers gefüllt.
• Fotosystem I: Nimmt Elektronen auf und leitet sie zur $\text{NADP}^+$-Reduktase weiter, um $\text{NADPH}+\text{H}^+$ zu bilden.

ATP-Synthese (Fotophosphorylierung)

Der aufgebaute Protonengradient wird zur Energiegewinnung genutzt.

• Protonenpumpe: Der Cytochrom-Komplex pumpt $\text{H}^+$-Ionen in den Thylakoidinnenraum.
• ATP-Synthase: Nutzt den Rückfluss der Protonen ins Stroma zur Synthese von ATP aus $\text{ADP} + \text{P}$.

Beispiel:

• Protonenüberschuss innen $\rightarrow$ Rückfluss durch ATP-Synthase
• Aus $\text{ADP} + \text{P}$ entsteht $\text{ATP}$

💡 Tipp: Wenn zu wenig ATP da ist, läuft der zyklische Elektronentransport, der nur ATP erzeugt.