Fotosynthese: Lichtreaktion, Dunkelreaktion (Calvinzyklus) und Stomata

Faktoren der Fotosynthese

Die Fotosynthesebilanz

Pflanzen nutzen anorganische Stoffe, um energiereiche organische Verbindungen aufzubauen.

• Bruttogleichung: $12H_2O + 6CO_2 \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 6H_2O$
• Autotrophie: Pflanzen stellen ihre Nahrung selbst her.
• Minimumgesetz: Der am weitesten vom Optimum entfernte Faktor begrenzt die Rate.

Einflussfaktor Licht

Lichtintensität und Wellenlänge steuern die Aktivität.

• Lichtkompensationspunkt: $CO_2$-Abgabe durch Atmung gleicht $CO_2$-Aufnahme aus.
• Lichtsättigungspunkt: Maximale Fotosyntheseleistung ist erreicht.
• Schattenblatt: Erreicht den Kompensationspunkt schneller als Sonnenblätter.

💡 Tipp: Merk dir für Klausuren, dass die Fotosynthese primär rotes und blaues Licht nutzt, während grünes Licht reflektiert wird.

Lichtreaktion & Calvin-Zyklus

Die Lichtreaktion (Primärreaktion)

Lichtenergie wird in der Thylakoidmembran in chemische Energie umgewandelt.

• Fotolyse: Wasser wird gespalten: $2H_2O \rightarrow 4H^+ + O_2 + 4e^-$.
• Elektronentransport: Elektronen fließen von FS II zu FS I.
• Endprodukte: Es entstehen ATP durch Protonenfluss und $NADPH+H^+$.

Der Calvin-Zyklus (Sekundärreaktion)

Im Stroma wird Kohlendioxid zu Glucose reduziert.

• Fixierung: $CO_2$ wird an den Akzeptor Ribulose-1,5-bisphosphat gebunden.
• Reduktion: Unter ATP- und $NADPH+H^+$-Verbrauch entsteht Glucose.
• Regeneration: Der $CO_2$-Akzeptor wird aus den $C_3$-Körpern wiederhergestellt.

💡 Tipp: Der Sauerstoff, den wir einatmen, stammt immer aus dem Wasser der Fotolyse, niemals aus dem Kohlendioxid.

Spaltöffnungen und Wassertransport

Steuerung der Stomata

Die Spaltöffnungen (Stomata) regulieren den Gasaustausch und den Schutz vor Austrocknung.

• Schließen: Schützt vor Wasserverlust, stoppt aber die $CO_2$-Aufnahme.
• Kalium-Pumpe: $K^+$-Ionen strömen bei Licht aktiv in die Schließzellen.
• Osmose: Wasser folgt den Ionen, erhöht den Turgor und öffnet die Spaltöffnung.

Beispiel:

1. Kalium-Einstrom $\rightarrow$ Osmotischer Einstrom von $H_2O$
2. Turgor steigt $\rightarrow$ Spaltöffnung öffnet sich

💡 Tipp: Bei extremer Hitze schließen sich die Spaltöffnungen trotz Licht, um ein Verwelken der Pflanze zu verhindern.