Lichtabhängige und Lichtunabhängige Reaktion

Die Fotosynthese besteht aus zwei Hauptreaktionen: der lichtabhängigen und der lichtunabhängigen Reaktion.

Die lichtabhängige Reaktion findet in den Thylakoiden des Chloroplasten statt. Hier werden Lichtenergie und Wasser genutzt, um ATP und NADPH+H+ zu produzieren. Sauerstoff entsteht als Nebenprodukt.

Highlight: Die Fotosysteme I und II sowie die ATP-Synthase spielen eine zentrale Rolle in der lichtabhängigen Reaktion.

Die lichtunabhängige Reaktion, auch als Calvin-Zyklus bekannt, läuft im Stroma des Chloroplasten ab. Hier wird aus ATP, NADPH+H+ und Kohlenstoffdioxid Glukose hergestellt.

Vocabulary: Der Calvin-Zyklus besteht aus drei Phasen: Carboxylierung, Reduktion und Regenerierung.

Definition: RUBP (Ribulose-1,5-bisphosphat) ist das Schlüsselmolekül, das CO₂ im Calvin-Zyklus fixiert.

Die Calvin-Zyklus Reaktionsgleichung lässt sich vereinfacht darstellen als:

6 CO₂ + 6 RUBP → 12 PGA → 12 PGAL → 1 Glucose + 5 RUBP

Example: Im Calvin-Zyklus werden aus 6 CO₂-Molekülen ein Glukosemolekül und 5 RUBP-Moleküle regeneriert.

Der Weg des Wassers und Anpassungen bei Pflanzen

Der Wassertransport in Pflanzen erfolgt über verschiedene Wege:

1. Symplastischer Transportweg: Das Wasser wandert durch das Cytoplasma der Zellen und die Plasmodesmen.

2. Apoplastischer Transportweg: Das Wasser bewegt sich durch Zellwände und Interzellularräume bis zum Caspary-Streifen.

Highlight: Der Caspary-Streifen ist eine wachsartige, wasserundurchlässige Barriere, die das Wasser zwingt, in den Symplasten überzugehen.

Die Transpiration bei Pflanzen erfolgt hauptsächlich über zwei Wege:

1. Stomatär: Durch die Spaltöffnungen (Stomata) in den Blättern.
2. Cuticulär: Durch die nicht vollständig wasserundurchlässige Cuticula.

Vocabulary: Verdunstungsschutz bei Pflanzen wird durch die Cuticula und die Regulierung der Stomata erreicht.

C4- und CAM-Pflanzen haben spezielle Anpassungen entwickelt, um unter extremen Bedingungen effizient Fotosynthese zu betreiben:

C4-Pflanzen:

• Räumliche Trennung der CO₂-Fixierung
• PEP-Carboxylase fixiert CO₂ in Mesophyllzellen
• Rubisco und Calvin-Zyklus in Bündelscheidenzellen

CAM-Pflanzen:

• Zeitliche Trennung der CO₂-Fixierung
• CO₂-Aufnahme nachts und Speicherung als Apfelsäure
• Tagsüber Freisetzung von CO₂ für den Calvin-Zyklus

Example: Ananas und Kakteen sind Beispiele für CAM-Pflanzen, die in trockenen Gebieten effizient Fotosynthese betreiben können.

Diese Anpassungen ermöglichen es den Pflanzen, auch unter ungünstigen Bedingungen wie hohen Temperaturen und geringer Wasserverfügbarkeit effizient zu photosynthetisieren.

Das Blatt und Fotosynthesefaktoren

Das Blatt ist das Hauptorgan der Fotosynthese bei Pflanzen. Die Abhängigkeit der Fotosynthese von abiotischen Faktoren wird durch das Gesetz des begrenzenden Faktors bestimmt. Dieses besagt, dass der Faktor mit der geringsten Verfügbarkeit die Intensität des Prozesses begrenzt.

Die Abhängigkeit der Fotosynthese von Licht zeigt sich in einer steigenden Fotosyntheserate bei zunehmender Lichtintensität. Im Dunkeln kann keine Fotosynthese stattfinden, aber die Pflanze verbraucht weiterhin Energie durch Atmung. Der Lichtkompensationspunkt markiert den Ausgleich zwischen Atmung und Fotosyntheserate.

Die Abhängigkeit der Fotosynthese von Temperatur folgt einer Optimumkurve. Der Q10-Wert beschreibt die Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit bei einer Temperaturerhöhung um 10°C.

Die Abhängigkeit der Fotosynthese von CO2 wird nur zum begrenzenden Faktor bei hoher Lichtstärke und optimaler Temperatur. Unter natürlichen Bedingungen liegt die CO2-Konzentration bei 0,038%.

Highlight: Der Chloroplast ist der Ort der Fotosynthese und enthält wichtige Strukturen wie Thylakoide und Grana.

Das Blatt weist verschiedene Schichten auf, die spezifische Funktionen erfüllen:

Vocabulary: Die Cuticula dient als Transpirationsschutz, während die Epidermis Schutz vor äußeren Einflüssen bietet.

Example: Das Palisadengewebe ist der Hauptort der Fotosynthese, während das Schwammgewebe für den Gasaustausch zuständig ist.

Die Bilanzgleichung der Fotosynthese lautet:

Definition: 6CO₂ + 6H₂O + ENERGIE → C₆H₁₂O₆ + 6O₂