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Photosynthese

Photosynthese

Photosynthese ist ein chemischer Prozess, der Kohlendioxid in organische Verbindungen umwandelt, insbesondere mit Hilfe der Sonnenstrahlung.

Photosynthese findet in Pflanzen, Algen und einigen Gruppen von Bakterien statt, aber nicht in Archaeen. Photosynthetische Organismen werden als "Photoautotrophe" bezeichnet, aber nicht alle Organismen, die Licht als Energiequelle für die Photosynthese verwenden, da "Photoheterotrophe" organische Verbindungen, nicht Kohlendioxid, als Kohlenstoffquelle verwenden. In Pflanzen, Algen und Cyanobakterien verwendet die Photosynthese Kohlendioxid und Wasser, wobei Sauerstoff als Abfallprodukt freigesetzt wird. Die Photosynthese ist entscheidend für das Leben auf der Erde, denn neben der Aufrechterhaltung des normalen Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre hängen fast alle Lebensformen direkt von einer Energiequelle oder indirekt von der ultimativen Energiequelle in ihrer Nahrung ab .

Die Menge an Energie, die durch Photosynthese gewonnen wird, ist immens, etwa 100 Terawatt. Das ist etwa das Sechsfache der Energie, die die menschliche Zivilisation jährlich verbraucht. Insgesamt wandeln photosynthetische Organismen jährlich etwa 100 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in Biomasse um.

Es ist nicht klar, wann die ersten Organismen, die die Photosynthese durchführen können, auf der Erde erschienen, aber die Anwesenheit von gestreiften Formationen in einigen Gesteinen aufgrund der Anwesenheit von Oxid legt nahe, dass jahreszeitliche Zyklen von Sauerstoff in der Erdatmosphäre ein Symptom der Photosynthese sind , sie erschienen ungefähr vor dreitausendfünfhundert Millionen Jahren in Archeano.

Chemische Reaktion der Photosynthese

Während der Photosynthese, mit der Vermittlung von Chlorophyll, wandelt die Sonnenstrahlung sechs CO2-Moleküle und sechs H2O-Moleküle in ein Glukosemolekül (C6H12O6) um, einen fundamentalen Zucker für das Leben der Pflanze. Als Nebenprodukt der Reaktion entstehen sechs Sauerstoffmoleküle, die die Pflanze durch die Stomata im Blatt in die Atmosphäre freisetzt.

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Die Photosynthese des Chlorophylls ist der Hauptprozeß der Produktion organischer Verbindungen von anorganischen Substanzen, die auf der Erde eindeutig dominieren. Außerdem ist die Photosynthese der einzige biologisch wichtige Prozess, der in der Lage ist, Sonnenenergie zu sammeln, von der das Leben auf der Erde abhängt.

Phasen der Photosynthese

Die Photosynthese von Chlorophyll, auch Sauerstoffsynthese genannt, aufgrund der Produktion von Sauerstoff in molekularer Form, wird stufenweise in zwei Phasen durchgeführt:

  • Die Phase abhängig von Licht (oder Lichtphase), abhängig von Licht;
  • Die Kohlenstoff-Fixierungsphase, zu der der Calvin-Zyklus gehört

Die zweite Phase der Photosynthese wird im Dunkeln auch Phase genannt; Der Begriff kann jedoch irreführend sein, da er sich nicht auf die Abwesenheit von Licht bezieht, da einige Enzyme, die an dieser Phase beteiligt sind, direkt durch ihr eigenes Licht aktiviert werden, so dass die Phase des Lichts getragen wird gleichzeitig und nicht in der Nacht. In Abwesenheit von Licht gibt es nämlich einen Mangel an ATP und NADPH, die während der Lichtperiode gebildet werden und die Stomata geschlossen sind, so dass es keinen Zugang zu CO2 gibt; Auch die Inaktivität bestimmter lichtabhängiger Enzyme wird erzeugt (Rubisco, 3-PGA-Dehydrogenase, Phosphatase und Ribulosekinase 1,5-Bisphosphat).

Der Photosyntheseprozess findet innerhalb der Chloroplasten statt. Innerhalb dieser gibt es ein System von Membranen abgeflachte Beutelstapel (Thylakoide) bildet, wobei die Wulst (Latin singulären ‚granum‘) und Kügelchen der Lamellen Verbindung (Lamellen intergraniche). Innerhalb dieser Membranen finden wir Chlorophyllmoleküle, die hinzugefügt werden, um die sogenannten Photosysteme zu bilden. Photosystem I und Photosystem II können unterschieden werden. Photosysteme sind eine Gruppe von Pigmentmolekülen, die so angeordnet sind, dass sie ein spezielles "Fallen" -Molekül von Chlorophyll umgeben. Die Energie des Photons geht von Molekül zu Molekül, bis das spezielle Chlorophyll erreicht ist. Photosystem I wird das Trap-Molekül durch eine Wellenlänge von 700 nm angeregt wird, in Photosystem II von 680 nm.

Photosystem I wird von einem LHC (Komplex, das Licht einfängt) gebildet und besteht aus etwa 70 Molekülen von Chlorophyll a und b, und 13 verschiedenen Arten von Polypeptidketten, und ein Reaktionszentrum, das etwa 130 Chlorophyllmoleküle enthält, um das P 700, eine bestimmte Art von Chlorophyll, die eine maximale Lichtabsorption bei 700 nm aufweist.

Photosystem II besteht ebenfalls aus einem LHC, bestehend aus ungefähr 200 Chlorophyllmolekülen in und b, sowie verschiedenen Polypeptidketten, und einem Reaktionszentrum, das aus ungefähr 50 Chlorophyllmolekülen in besagtem P 680 gebildet ist, welches die maximale Absorption von Sonnenlicht bei 680 nm hat.

Alle diese Moleküle sind in der Lage, die Energie der Sonnenstrahlung einzufangen, aber nur diejenigen des Chlorophylls können sich in einen angeregten Zustand bewegen, der die photosynthetische Reaktion aktiviert. Moleküle, die nur die Funktion der Aufnahme haben, werden Antennenmoleküle genannt; diejenigen, die den photosynthetischen Prozess aktivieren, werden Reaktionszentren genannt. Die "leichte Phase" wird von Chlorophyll a dominiert, dessen Moleküle selektiv Licht in den roten und blauvioletten Bereichen des sichtbaren Spektrums durch eine Reihe anderer Hilfspigmente absorbieren. Die von den Chlorophyllmolekülen eingefangene Energie ermöglicht die Förderung von Elektronen aus niederenergetischen Atomorbitalen zu höheren Energieorbitalen. Diese werden sofort durch die Spaltung von Wassermolekülen ersetzt (die durch H2O in zwei Protonen, zwei Elektronen und einen Sauerstoff durch Photolyse geteilt werden, die von der photosynthetischen Photosynthese Photosynthese II betrieben werden).

Elektronen, die von der Photosynthese von Chlorophyll II freigesetzt werden, auf eine Förderkette zugeführt, bestehend aus Cytochrom b6f, während dem Energie verlieren und auf ein Niveau niedrigerer Energie bewegen. Die verlorene Energie wird verwendet, um Protonen aus dem Stroma in den Thylakoidraum zu pumpen, wodurch ein Protonengradient entsteht. Schließlich erreichen die Elektronen das Photosystem I, das wiederum durch Licht andere Elektronen verloren hat. Die verlorenen Elektronen, die durch das Photosystem I übertragen Ferredoxin NADP + NADPH zu reduzieren. Durch Membranprotein ATP-Synthase in der Thylakoidmembran (innere Membranschichten Chloroplasten oder, im Fall von autotrophen Bakterien, im Cytoplasma verteilt), die H + -Ionen durch den Durchgang von Wasser von dem Hydrolyse frei der thylakoid Raum Stroma, d.h. Gradienten ATP aus freien Phosphatgruppen und ADP zu synthetisieren. Ein Molekül ATP kann alle zwei Elektronen, die durch Photosysteme verloren gehen, gebildet werden.

Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Pflanze mit diffuser Sonneneinstrahlung stärker wächst als mit direktem Licht, mit der gleichen Kraft des einfallenden Lichts. Eine Studie betont jedoch die Relevanz anderer Bedingungen, die das Wachstum von Pflanzen verändern, die mit Licht variieren, wie Feuchtigkeit und Temperatur; direktes Licht führt nämlich zu einer Temperaturerhöhung, durch die in der Pflanze mehr Wasser verdampft.

Die Phase der Kohlenstofffixierung oder der Calvin-Zyklus (auch Phase in der dunklen oder lichtunabhängigen Phase genannt) beinhaltet die Organi- sierung von CO2, nämlich seine Einlagerung in organische Verbindungen und die Reduktion der Verbindung, die durch das ATP erhalten wird abgeleitet von der leichten Phase.

In diesem Zyklus gibt es eine feste organische Verbindung, Ribulose-Bisphosphat oder RuBP, während der Reaktion umgewandelt, bis es in den Ausgangszustand zurückkehrt. 12 Ribulosebisphosphat-Molekül, die in dem Calvin-Zyklus reagiert mit Wasser und Kohlendioxid durchläuft eine Reihe von Transformationen bisphosphatcarboxylase Enzym Ribulose oder Rubisco. Am Ende des Verfahrens wird zusätzlich zu den neu synthetisierten RuBP 12, zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat, das aus dem Zyklus als das Produkt aus der Netz ausgetrieben wird Fixierung auftreten.

Aktiviert werden, erfordert der Calvin-Zyklus chemische Energie und Unterstützung durch die Hydrolyse von ATP enADP 18 und 12 NADPH Oxidation zu NADP + und freie Wasserstoffionen H + (die Protonen). ATP und NADPH während des Calvin-Zyklus verbraucht werden von denen, während der Lichtphase erzeugt genommen und einmal oxidieren, werden Teil der Gruppe für die Reduktion zur Verfügung steht. Im Allgemeinen im Calvin-Zyklus werden wir 6 CO2 Moleküle verbraucht, 6 Wasser, 18 ATP und 12 NADPH zwei Glycerinaldehyd-3-phosphat zu bilden, (abgekürzt als G3P), 18 freie Phosphatgruppen, 18 ADP, 12 Protonen, 12 NADP +.

Die zwei Moleküle des während des Calvin-Zyklus gebildeten Glyceraldehyd-3-phosphats werden zur Synthese von Glukose in einem zur Glykolyse vollkommen inversen Vorgang oder zur Bildung von Lipiden wie Fettsäuren oder Aminosäuren (durch die Zugabe einer Aminogruppe) verwendet in der Struktur). Die Endprodukte der Photosynthese spielen daher eine entscheidende Rolle in den anabolen Prozessen autotropher Organismen.

Neben einem synthetischen photoZyklus (nur während des Tages und während der Vegetationsperiode) und Glucose abgeleitet Polysaccharide, Pflanzen auch eine entgegengesetzte oxidativen Zyklus (Zellatmung) (Tag und Nacht das ganze Jahr über) Photosyntheseprodukten verwendet genau wie Nahrung der Pflanzen selbst.

Das allgemeine Gleichgewicht von Sauerstoff- und CO 2 -Strömen von und zu der äußeren Umgebung spricht jedoch für die Photosynthese oder die Pflanze verhält sich eher als "Ansammlung von Kohlenstoffquellen" (absorbierend) als als "Quelle" ( Emitter) zur äußeren Umgebung und umgekehrt eine Kohlenstoff- "Quelle" von Sauerstoff anstelle einer "Quelle" von Sauerstoff. Dies liegt daran, dass ein Teil des vom oxidativen Zyklus der Pflanze absorbierten und nicht verwendeten Kohlenstoffs in Form von Zellulose und Lignin in den Zellwänden der "toten" Zellen verbleibt, die das innere Holz der Pflanze bilden. Die Oxidationsphase der Pflanzen macht die Pflanze zu einem Lebewesen wie die anderen. Derselbe oxidative Zyklus führt dazu, dass die innere Temperatur der Pflanze, die wiederum durch physiologische Prozesse thermoreguliert ist, sich von der der äußeren Umwelt unterscheidet.

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Geändert am: 24. August 2018

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