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Fotosynthese: Lichtabhängige und Lichtunabhängige Reaktionen erklärt

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Fotosynthese: Lichtabhängige und Lichtunabhängige Reaktionen erklärt

Annika

@annika.inga

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Die Fotosynthese ist ein komplexer Prozess, bei dem Pflanzen Lichtenergie in chemische Energie umwandeln und aus anorganischen Stoffen organische Substanzen aufbauen. Der Prozess besteht aus zwei Hauptphasen: der lichtabhängigen Reaktion (Primärreaktion) und der lichtunabhängigen Reaktion (Sekundärreaktion oder Calvin-Zyklus). In der lichtabhängigen Phase wird Lichtenergie genutzt, um Wasser zu spalten und energiereiche Moleküle wie ATP und NADPH zu produzieren. In der lichtunabhängigen Phase werden diese Moleküle verwendet, um CO₂ in Glucose umzuwandeln. Die Summengleichung der Fotosynthese lautet: 12H₂O + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O.

9.10.2022

4196

Fotosynthese
Fotosynthese: Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie und Aufbau
von organischer Substanz (Glucose) aus anorganischen

Primärreaktion (Lichtabhängige Reaktion)

Die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese ist der erste Schritt im Fotosyntheseprozess. Sie findet in der Thylakoidmembran der Chloroplasten statt und nutzt Lichtenergie, um Wasser zu spalten und energiereiche Moleküle zu produzieren.

Definition: Die Primärreaktion ist die erste Reaktionsfolge der Fotosynthese, bei der mit Hilfe von Lichtenergie Wasser gespalten wird und NADPH + H⁺ und ATP entstehen.

Der Ablauf der lichtabhängigen Reaktion umfasst mehrere Schritte:

Fotolyse des Wassers: Wasser wird in Sauerstoff, Protonen und Elektronen gespalten.
Elektronentransport: Die freigesetzten Elektronen werden durch eine Elektronentransportkette geleitet.
ATP-Synthese: Durch den Elektronentransport entsteht ein Protonengradient, der zur ATP-Produktion genutzt wird.
NADPH-Bildung: Am Ende der Elektronentransportkette werden Elektronen auf NADP⁺ übertragen, wodurch NADPH entsteht.

Highlight: Die Summengleichung der Primärreaktion lautet: 2H₂O + 2NADP⁺ + 3(ADP + P) → O₂ + 2(NADPH + H⁺) + 3ATP

Die Produkte dieser Reaktion, ATP und NADPH, werden in der nachfolgenden lichtunabhängigen Reaktion benötigt.

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Überblick über die Fotosynthese

Die Fotosynthese ist ein fundamentaler biologischer Prozess, der in den Chloroplasten der Pflanzenzellen stattfindet. Sie ermöglicht es Pflanzen, Sonnenlicht in chemische Energie umzuwandeln und daraus Glucose zu produzieren.

Definition: Die Fotosynthese ist die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie und der Aufbau von organischer Substanz (Glucose) aus anorganischen Stoffen (CO₂ und H₂O).

Der Prozess besteht aus zwei Hauptphasen:

Die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese (Primärreaktion)
Die lichtunabhängige Reaktion der Fotosynthese (Sekundärreaktion oder Calvin-Zyklus)

Highlight: Die Summengleichung der Fotosynthese lautet: 12H₂O + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Die Fotosynthese findet in speziellen Zellorganellen, den Chloroplasten, statt. Diese enthalten Thylakoide, in denen die lichtabhängige Reaktion abläuft, und das Stroma, wo die lichtunabhängige Reaktion stattfindet.

Vocabulary: Chloroplast - von Chlorophyll grün gefärbter Zellbestandteil, Ort der Fotosynthese

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Sekundärreaktion (Lichtunabhängige Reaktion)

Die lichtunabhängige Reaktion der Fotosynthese, auch als Sekundärreaktion oder Calvin-Zyklus bekannt, ist der zweite Hauptschritt der Fotosynthese. In dieser Phase wird die in der lichtabhängigen Reaktion gewonnene Energie genutzt, um CO₂ in Glucose umzuwandeln.

Definition: Der Calvin-Zyklus ist eine Reihe von enzymatischen Reaktionen, bei denen CO₂ fixiert und zu Glucose umgewandelt wird.

Der Ablauf der lichtunabhängigen Reaktion umfasst drei Hauptphasen:

CO₂-Fixierung: CO₂ wird an Ribulose-1,5-bisphosphat gebunden
Reduktion: Die entstandenen Moleküle werden unter Verwendung von ATP und NADPH reduziert
Regeneration: Der CO₂-Akzeptor wird regeneriert, um den Zyklus fortzusetzen

Highlight: Die Summengleichung der Sekundärreaktion lautet: 6CO₂ + 12(NADPH + H⁺) + 18ATP → C₆H₁₂O₆ + 12NADP⁺ + 18(ADP + P) + 6H₂O

Vocabulary: RuBisCO - Enzym, das die CO₂-Fixierung katalysiert

Die lichtunabhängige Reaktion findet im Stroma der Chloroplasten statt und ist der Prozess, durch den Pflanzen letztendlich Glucose produzieren.

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Die Elektronentransportkette in der Thylakoidmembran

Die Elektronentransportkette in der Thylakoidmembran, auch als Z-Schema bekannt, ist ein zentraler Bestandteil der lichtabhängigen Reaktion der Fotosynthese. Sie beschreibt den Weg der Elektronen vom Wasser bis zum NADP⁺.

Vocabulary: Z-Schema - Bezeichnung für den zickzackförmigen Verlauf der Elektronentransportkette im Energiemodell

Der Prozess umfasst folgende Schritte:

Lichtabsorption durch Chlorophyll in den Fotosystemen II und I
Anregung und Weitergabe von Elektronen durch verschiedene Redoxsysteme
Bildung eines Protonengradienten für die ATP-Synthese
Reduktion von NADP⁺ zu NADPH am Ende der Kette

Es gibt zwei Arten des Elektronentransports:

Nichtzyklischer Elektronentransport: Hauptweg, bei dem Elektronen vom Wasser zum NADP⁺ fließen
Zyklischer Elektronentransport: Alternativer Weg, der nur ATP produziert (relevant für Leistungskurse)

Highlight: Die Elektronentransportkette ermöglicht die Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie in Form von ATP und NADPH.

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ATP-Synthese: Durch den Elektronentransport entsteht ein Protonengradient, der zur ATP-Produktion genutzt wird.
NADPH-Bildung: Am Ende der Elektronentransportkette werden Elektronen auf NADP⁺ übertragen, wodurch NADPH entsteht.

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Die lichtabhängige Reaktion der Fotosynthese (Primärreaktion)
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CO₂-Fixierung: CO₂ wird an Ribulose-1,5-bisphosphat gebunden
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