Die Photosynthese ist ein chemischer Prozess, bei dem Kohlendioxid unter Verwendung von Lichtenergie, üblicher Energie aus Sonnenlicht, in Kohlenstoffverbindungen umgewandelt wird. Dieser Prozess wird in bestimmten Pflanzenzellen aus anorganischen Stoffen durchgeführt.
Der Prozess der Photosynthese findet in Pflanzen, Algen und einigen Gruppen von Bakterien statt. Bei diesen Photosyntheseprozessen wird Lichtenergie in stabile chemische Energie umgewandelt. Allerdings synthetisieren nicht alle Organismen, die Licht als Energiequelle für die Photosynthese verwenden.
Dieser Prozess reduziert auf natürliche Weise die Menge an Kohlendioxid (CO 2 ) in der Atmosphäre. Es ist von entscheidender Bedeutung für das Leben auf der Erde.
Heute beträgt die durchschnittliche Rate der Energieerfassung durch Photosynthese weltweit fast 130 Terawatt (TW). Es ist ungefähr das Achtfache des gegenwärtigen Stromverbrauchs der menschlichen Zivilisation.
Wie ist die chemische Reaktion der Photosynthese?
Durch die Vermittlung von Chlorophyllmolekülen wandelt Sonnenstrahlung während der Photosynthese Kohlendioxid und Wasser in Glucosemoleküle um. Der Prozess wandelt sechs CO 2 -Moleküle und sechs H 2 O-Moleküle in ein Glucosemolekül (C 6 H 12 O 6 ) um. Glukose ist ein grundlegender Zucker für das Leben der Pflanze.
Die Reaktionsformel lautet wie folgt: 6 CO 2 + 6 H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2
Was sind die Phasen der Photosynthese?
Die Chlorophyll-Photosynthese, auch sauerstoffhaltige Photosynthese genannt, erfolgt schrittweise in zwei Phasen:
Lichtabhängige Reaktionen
Die Lichtphase oder lichtabhängige Reaktion ist, wenn die Anlage Sonnenenergie in chemische Energie umwandelt. Chlorophyll und andere photosynthetische Pigmente wie Carotin absorbieren Licht. Die Reaktion zerlegt ein Wassermolekül, das Sauerstoff freisetzt.
Das Chlorophyll ist die Komponente der Klinge, die das Leistungslicht auf dem Reaktionszentrum zentralisiert. Es enthält Chlorophyll α und wandelt es in angeregten Elektronen, die eine Elektronenkette transportieren, in chemische Energie um. Diese Systeme sind eine Reihe von Chlorophyllmolekülen mit elektronentransportierenden Molekülen.
Lichtunabhängige Reaktionen
Die Dunkelphase ist eine Reihe von Reaktionen ohne Licht (nicht unbedingt nachts). Während dieser Phase wandelt die Pflanze Kohlendioxid und andere Verbindungen in Glukose um.
Diese Dunkelreaktionen nehmen die Hellphasenprodukte, hauptsächlich ATP und NADPH , auf und führen mehr chemische Prozesse aus.
Photosynthetische Organismen benötigen Wasser, um NADPH herzustellen. Das System bricht die Wassermoleküle und setzt auch Elektronen frei.
Die Elektronen müssen durch bestimmte Proteine wandern, die in der Thylakoidmembran stecken. Erstens durchlaufen sie das erste bestimmte Protein und die Elektronentransportkette. Dann passieren Elektronen einen zweiten.
Die Dunkelphasenreaktionen sind die Kohlenstofffixierung und der Calvin-Zyklus.
Kohlenstoff-Fixierung
Die Kohlenstofffixierung wandelt anorganischen Kohlenstoff (als CO 2 ) in organische Verbindungen durch lebende Organismen um.
Organismen, die durch Bindung von Kohlenstoff wachsen, werden als Autotrophen bezeichnet. Autotrophe sind:
Photoautotrophe synthetisieren organische Verbindungen unter Verwendung der Energie des Lichts.
Lithoautotrophe synthetisieren organische Verbindungen unter Verwendung der durch anorganische Oxidationen erzeugten Energie.
Die Heterotrophen sind Organismen, die unter Verwendung des Kohlenstoffs wachsen, der durch Autotrophen in organische Verbindungen gesetzt wurde. Heterotrophe nutzen organische Verbindungen, um Energie zu produzieren und Körperstrukturen aufzubauen.
Calvin-Zyklus
Der Calvin-Zyklus ist eine Reihe von biochemischen Reaktionen im Stroma der Chloroplasten von photosynthetischen Organismen. Anfangs glaubte man, dass sie ohne Licht stattfanden. Später wurde der Schluss gezogen, dass sie unabhängig von der Anwesenheit oder dem Mangel an Licht waren. Gegenwärtig wissen wir, dass sie Licht benötigen, um ausgeführt zu werden.
Elemente, die an der Photosynthese beteiligt sind
Die wichtigsten externen Faktoren, die an der Durchführung der Photosynthese beteiligt sind, sind:
Temperatur: Jede Pflanzenart hat einen Temperaturbereich, in dem sie sich am wohlsten fühlt. Innerhalb dieses Bereichs variiert die Effizienz des Prozesses aufgrund einer Erhöhung der Mobilität der Moleküle.
Kohlendioxidkonzentration: Die Wirksamkeit steigt auf die gleiche Weise wie das CO 2 in der Luft.
Sauerstoffkonzentration: Je höher die Sauerstoffkonzentration in der Luft ist, desto geringer ist die Photosyntheseleistung. Diese Variation ist auf Photorespirationsprozesse zurückzuführen.
Lichtstärke: Je höher die Lichtstärke, desto höher die Leistung bis zum Überschreiten bestimmter Grenzen. Sobald das Licht diese Grenzen überschreitet, tritt eine irreversible Photooxidation von photosynthetischen Pigmenten auf.
Die Beleuchtungszeit: Einige Arten haben eine höhere photosynthetische Produktion als die Anzahl der Lichtstunden.
Wassermangel: Wenn kein Wasser am Boden und kein Wasserdampf in der Luft vorhanden ist, nimmt die Leistung ab. Wenn die Pflanze einen Wassermangel feststellt, schließt sie die Stomata, um ein Austrocknen zu vermeiden. Das Gegenstück ist, dass dieses Selbstschutzsystem den Eintritt von Kohlendioxid behindert. Darüber hinaus löst eine Erhöhung der Konzentration an innerem Sauerstoff eine Photorespiration aus.
Die Farbe des Lichts, die Umwandlungsrate, hängt vom Chlor des Lichts und der Spezies ab.
Beeinflusst Sonnenlicht die Farbe einer Pflanze?
Das Chlorophyll in der Pflanze absorbiert das rote und blaue Licht viel leichter als das grüne Licht. Sonnenlicht ist sehr reich an Rotlichtphotonen. Obwohl es in blauen Photonen, die energetischer sind, weniger Reichweite hat. Photonen mittlerer Energie, grün im Farbton, sind nicht reichlich vorhanden.
Die Pigmente absorbieren den Teil des am häufigsten vorkommenden Sonnenspektrums (blaues und rotes Licht). Pflanzen reflektieren jedoch grünes Licht, weshalb wir die Blätter von Pflanzen grün gefärbt wahrnehmen.
Welchen Einfluss hat die Photosynthese auf den Klimawandel?
Durch die Photosynthese kann die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre auf natürliche Weise reduziert werden. Kohlendioxid ist ein Treibhausgas. Das Vorhandensein zu hoher Mengen dieser Art von Gas in der Luft verhindert, dass Wärme entweicht.
Andererseits hören die Pflanzen, insbesondere in den großen Waldgebieten, nicht auf, dieses zusätzliche Kohlendioxid zu absorbieren. Aus diesem Grund ist die Photosynthese ein natürlicher Prozess, der dazu beiträgt, das Problem des Klimawandels dank der Lichtenergie der Sonne zu vergrößern.
