Aufbau des Chloroplasten und Photosynthese: Calvin-Zyklus einfach erklärt

Chloroplasten sind die Orte der Photosynthese und haben einen komplexen Aufbau. Sie bestehen aus einer äußeren und inneren Membran, die zusammen die Chloroplastenhülle bilden und für die Aufnahme und Abgabe von Substanzen verantwortlich sind. Im Inneren befinden sich die Thylakoide, wo die Lichtreaktion stattfindet, sowie die Matrix, in der der Calvin-Zyklus abläuft. Weitere Bestandteile sind Stärkekörner zur Speicherung, Lipidtröpfchen zur Speicherung von Reservestoffen und DNA für die Vererbung eigener Merkmale.

Ein Photosystem ist wie eine Lichtsammelfalle aufgebaut und besteht aus einem Lichtsammelkomplex und einem Reaktionszentrum. Wenn Lichtenergie auf die Pigmentmoleküle trifft, wird diese zum speziellen Chlorophyllpaar (primärer Donor) weitergeleitet. Dadurch werden Elektronen angeregt und auf einen primären Elektronenakzeptor übertragen. In den Chloroplasten gibt es zwei verschiedene Photosysteme - Photosystem I und II, die unterschiedliche Wellenlängen absorbieren und zusammen die Elektronentransportkette antreiben.

Die beiden Photosysteme unterscheiden sich vor allem in ihren Absorptionseigenschaften und Funktionen. Photosystem 1 hat sein Absorptionsmaximum bei einer Wellenlänge von 700 nm (P700) und besitzt keinen Wasserspaltungskomplex. Im Gegensatz dazu arbeitet Photosystem 2 bei einer Wellenlänge von 680 nm (P680) und ist mit einem Wasserspaltungskomplex ausgestattet, der die Fotolyse des Wassers ermöglicht. Beide sind in der Thylakoidmembran des Chloroplasten lokalisiert und arbeiten bei der Lichtreaktion zusammen.

Der Calvin-Zyklus findet in der Matrix (Stroma) des Chloroplasten statt und ist der Teil der Photosynthese, bei dem CO₂ in Glucose umgewandelt wird. Er läuft in drei Phasen ab: Zunächst wird CO₂ an Ribulose-1,5-bisphosphat fixiert, dann folgt eine Reduktionsphase, in der 3-Phosphoglycerat zu Glycerinaldehyd-3-phosphat reduziert wird. In der dritten Phase wird der CO₂-Akzeptor regeneriert. Für die Bildung eines Glucosemoleküls muss der Calvin-Zyklus sechsmal durchlaufen werden, wobei ATP und NADPH+H⁺ aus der Lichtreaktion verbraucht werden.