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Die Fotosynthese - Referat



Die Fotosynthese lässt sich in die lichtabhängige Primärrektion und die lichtunabhängige
Sekundärreaktion aufteilen

1. Die lichtabhängige Primärreaktion:

  • findet an den Tylakoidmembranen in Chloroplasten statt (dort ist Chlorophyll, welches Licht absorbiert)
  • hier gibt es zwei Fotosysteme (Blattpigmente, die an Proteinkomplexe gebunden sind)

Fotosystem II:

  • P680 (Chlorophyll, das Licht mit einer Wellenlänge von 680nm maximal absorbiert) wird durch Lichtenergie angeregt und gibt dann Elektronen an einen primären Akzeptor ab, das Redoxpotenzial des P680 steigt und die Spaltung von Wasser am Mn-Protein ist nun möglich
  • durch die Fotolyse (Spaltung des Wassers) werden dessen Elektronen entzogen und es verbleiben Sauerstoff und Wasserstoff-Protonen
  • wenn die Wasserstoff-Protonen dann durch die ATP-Synthase diffundieren, wird ADP+P zu ATP umgewandelt
  • das Plastochinom leitet die Elektronen weiter zum Cytochrom-bf-Komplex, sie gelangen über das Plastocyanin zum Fotosystem I
  • bei diesem Elektronentransport werde Wasserstoff-Protonen aus dem Stroma in den Thylakoidinnenraum des Chloroplasts transportiert
  • durch diese Protonen kann an der ATP-Synthase wieder neues ATP gewonnen werden

Fotosystem I:

  • P700 (Chlorophyll, das Licht mit einer Wellenlänge von 700nm maximal absorbiert) wird durch Licht angeregt und gibt Elektronen an das Feredoxin ab
  • vom Feredoxin gelangen die Elektronen zum Enzym NADP+-Reduktase mit Hilfe von zwei Wasserstoff-Protonen reagiert an der NADP+-Reduktase NADP+ zu NADPH + H+
  • dies ist ein zyklischer Elektronentransport
  • wird anstatt NADPH + H+ mehr ATP benötigt, so gibt das Feredoxin die Elektronen nicht an die NADP+-Reduktase, sondern an das Plastochinon ab, es gelangen erneut Wasserstoff-Protonen in den Thylakoidinnenraum und sobald diese durch die ATP-Synthase entweichen wird mehr ATP synthetisiert

2. Die lichtunabhängige Sekundärrektion:

  • in der Primärreaktion gewonnenes ATP und NADPH + H+ werden benötigt, damit der CALVIN-Zyklus ablaufen kann
  • findet im Stroma der Chloroplasten ab

Der CALVIN-Zyklus:

  • 6 CO2-Moleküle werden durch das Enzym Rubisco (Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase) an 6 Ribulose-1,5-bisphosphate gebunden, aus diesen C5-Körpern entstehen also C6-Körper, die so instabil sind, dass sie zu jeweils zwei C3-Körpern zerfallen, dadurch entstehen 12 Glycerinsäure-3-phosphate
  • durch eine Phosphorylierung (ATP gibt Phosphatgruppe ab) wird Glycerinsäure-3-phosphat zu Glycerinsäure-1,3-bisphosphat (dieses besitzt 2 Phosphatgruppen)
  • Glyerinsäure-1,3-bisphosphat reagiert dann zu Glycerinaldehyd-3-phosphat, wobei es eine Phosphatgruppe wieder abgibt, NADPH + H+ wird zu NADP+ umgewandelt
  • aus 2 der 12 Triosephosphate (Glycerinaldehy-3-phosphat) entsteht Glucose
  • die verbleibenden Triosephosphate reagieren zu Ribulose-1,5-bisphosphat, dies dient wieder der Fixierung von CO2
  • damit 6 neue C5-Körper (also Ribulose-1,5-bisphosphate) vorliegen, müssen 10 Glycerin
  • aldehyd-3-phosphate reagieren, dabei werden 6 ATP zu 6 ADP umgesetzt, von den 6 freiwerdenden Phosphatgruppen werden 2 für die Bildung der Ribulose-1,5-bis-phosphate benötigt

Die Fotosynthese im Zellstoffwechsel

Die Bedeutung der Fotosynthese:

  • die entscheidende Leistung der Fotosynthese ist die Produktion von organischen Stoffen (vorwiegend von Kohlenhydrate, was allen Fotosyntheseformen gemeinsam ist)
  • in Kohlenhydraten ist Lichtenergie in Form chemischer Bindungen gespeichert
  • die Fotosynthese ist die treibende Kraft des Lebens auf der Erde

Fotosynthese und Zellatmung:

  • es kommt zu einem erheblichen Ab-/Umbau des primären Fotosyntheseprodukts 3-PGA in den fotosynthetisch aktiven Pflanzenzellen
  • ein großer Teil wird ins Cytoplasma transportiert und dort in Pyruvat umgewandelt
  • das Pyruvat gelangt in Mitochondrien und wird dort in den Zitratzyklus der Zellatmung eingeschleust
  • dieser Stoffwechselprozess liefert die Reduktionsmittel NADP
    + H+ und FADH2 für die Zellatmung sowie für die ATP-Synthese, Ausgangsstoffe für den Aminosäure
  • und Fettstoffwechsel gehen hervor
  • die Zellatmung läuft auch tagsüber ab
  • dies führt dazu, dass die Konzentration von ATP in den Zellen immer relativ hoch bleibt, obwohl es dauernd für viele andere Reaktionen benötigt wird

Transport und Speicherung:

  • einige Teil des 3-PGA werden im Stroma der Chloroplasten in Fruktosephosphat und Glukosephosphat umgewandelt
  • aus diesen zwei Monosacchariden kann das Disaccharid Saccharose beziehungsweise Cellulose gebildet werden
  • Cellulose ist der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände, Saccharose ist bei Pflanzen die Transportform für Zucker (diese Funktion hat bei Tieren die Glucose)
  • Saccharose wird über die Siebzellen der Gefäßbündel aus den Blättern in solche Pflanzenzellen befördert, die keine Chloroplasten besitzen (also keine Fotosynthese betreiben können)
  • die Zuckerkonzentration in Siebzellen liebt bei bis zu 25%, Transportgeschwindigkeit bis zu 1 Meter pro Stunde
  • in Speicherorganen wie Knollen oder Samen wird Saccharose in das Polysaccharid Stärke umgewandelt
  • diese Reservestärke wird in Leukoplasten gelagert und ist als Makromolekül osmotisch praktisch unwirksam
  • auch das in den Chloroplasten verbleibende 3-PGA wird im Stroma größtenteils in Stärke umgewandelt
  • eine hohe Fotosyntheseaktivität führt zu großen Stärkekörner, die nachts teilweise wieder abgebaut werden

Überschussproduktion:

  • die Stoffproduktion in der Fotosynthese geht meistens über den Bedarf der Zelle für den eigenen Bau und Betriebsstoffwechsel hinaus
  • die pflanzliche Produktion ist in ihrer Gesamtheit die Lebensgrundlage für alle Pflanzen und Allesfresser, bildet also den Ausgangspunkt der Nahrungsketten

Überschüsse werden unterschiedlich verwendet:

  • einjährige Pflanzen: nutzen günstige Bedingungen zu schneller Produktion und investieren die Überschüsse anfangs in Blätter, später in Blüten + Samen
  • mehrjährige Kräuter: sammeln Überschüsse häufig in unterirdischen Speicherorganen an bilden dann erst Blüten aus
  • Bäume und Sträucher: lagern ihre Überschüsse vorwiegend in Sprosse und Stämme ein
  • einzellige Algen: setzen überschüssige Produktion unmittelbar in Zellteilung und Zellwachstum um




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