Die Photosynthese ist ein Beispiel für Sonnenenergie, die natürlich vorkommt. Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem Pflanzen, Algen und bestimmte Bakterien Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln und so die Grundlage der Nahrungskette bilden und das Gleichgewicht von Sauerstoff und Kohlendioxid in der Atmosphäre aufrechterhalten.
Dieser chemische Prozess ist in zwei miteinander verbundene Phasen unterteilt: die helle Phase und die dunkle Phase. In diesem Artikel werden wir diese beiden kritischen Phasen im Detail erläutern.
Leuchtphase: Sonnenenergie einfangen
Die Lichtphase ist die erste Stufe der Photosynthese und findet in den Membranen der Thylakoide statt, bei denen es sich um scheibenförmige Strukturen innerhalb der Chloroplasten pflanzlicher Zellen handelt.
Diese Phase hat ihren Namen vom Sonnenlicht, das für ihre Funktion unerlässlich ist.
Hier werden die Hauptphasen der Lichtphase aufgeschlüsselt:
Sonnenlichterfassung
In diesem Stadium absorbieren Chlorophyllmoleküle und andere in den Thylakoiden vorhandene photosynthetische Pigmente die Energie von Photonen des Sonnenlichts. Licht wird in seine verschiedenen Wellenlängen aufgespalten und diese absorbierte Energie in chemische Energie umgewandelt.
Chlorophyll und andere photosynthetische Pigmente wie Carotin absorbieren Lichtenergie und brechen damit Wassermoleküle auf, wobei Sauerstoff als Abfall freigesetzt wird.
ATP-Erzeugung
Mithilfe von Lichtenergie werden Protonen durch die Thylakoidmembran in den Thylakoidraum gepumpt und so ein Protonengradient erzeugt.
Dieser Gradient wird verwendet, um die Synthese von Adenosintriphosphat (ATP) voranzutreiben, einem energiereichen Molekül, das für viele zelluläre Aktivitäten essentiell ist.
NADPH-Produktion
Neben ATP erzeugt die leichte Phase auch ein weiteres entscheidendes Molekül namens NADPH (reduziertes Nicotinamidadenindinukleotidphosphat).
NADPH ist ein Elektronenträger, der in der Dunkelphase zur Umwandlung von Kohlendioxid in Glucose verwendet wird.
Dunkle Phase: die Synthese von Glukose
Die dunkle Phase ist, trotz ihres Namens, nicht direkt vom Sonnenlicht abhängig, sondern nutzt die Energieprodukte der hellen Phase (ATP und NADPH), um die Synthese von Glukose und anderen organischen Verbindungen durchzuführen.
Diese Phase findet im Stroma der Chloroplasten statt und besteht aus einer Reihe komplexer chemischer Reaktionen:
CO2 -Fixierung
In dieser Phase werden Kohlendioxidmoleküle (CO2) durch ein Enzym namens Ribulose-1,5-bisphosphatcarboxylase/oxygenase (RuBisCO) an eine Verbindung mit fünf Kohlenstoffatomen namens Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) gebunden.
Dies führt zur Bildung von Drei-Kohlenstoff-Molekülen, die als 3-Phosphoglycerat (3-PGA) bekannt sind.
3-PGA-Reduktion
Die 3-PGA-Moleküle werden mithilfe der Energie und Elektronen reduziert, die das in der Lichtphase erzeugte NADPH bereitstellt. Dies führt zur Bildung von Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P)-Molekülen, die Vorläufer von Glucose und anderen organischen Molekülen sind.
RuBP-Regeneration
Um den Dunkelphasenzyklus aufrechtzuerhalten, werden einige der G3P-Moleküle zur Regeneration von RuBP verwendet. Dieser Prozess verbraucht ATP, das während der Lichtphase erzeugt wird.
Glukoseproduktion und Energiespeicherung
Schließlich werden einige der G3P-Moleküle für die Synthese von Glucose und anderen Kohlenhydraten verwendet. Diese Glukose wird in der Pflanze als Energiequelle und als Baustoff für ihr Wachstum und ihre Entwicklung gespeichert.
Zusammenfassung
Lichtphase:
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Es kommt in den Thylakoiden von Chloroplasten vor.
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Es fängt Sonnenlicht durch photosynthetische Pigmente wie Chlorophyll ein.
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Es erzeugt chemische Energie in Form von ATP und NADPH.
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Es treibt die ATP-Synthese über einen Protonengradienten an.
Dunkle Phase:
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Es kommt im Stroma von Chloroplasten vor.
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Es nutzt ATP und NADPH, die in der Lichtphase erzeugt werden.
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Wandelt Kohlendioxid (CO2) in Glukose und andere organische Verbindungen um.
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Es umfasst CO2 -Fixierung , 3-PGA-Reduktion und RuBP-Regeneration.
Zusammen ermöglichen diese beiden Phasen der Photosynthese Pflanzen, Algen und einigen Bakterien, Sonnenenergie einzufangen und sie in gespeicherte chemische Energie in Form von Glukose umzuwandeln, während sie gleichzeitig Sauerstoff an die Umgebung abgeben.
Dieser Prozess ist für das Leben auf der Erde von wesentlicher Bedeutung, da er die Nahrungskette unterstützt, den Kohlenstoffkreislauf reguliert und Sauerstoff bereitstellt.