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9.1: Was ist Fotosynthese?
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PROTOKOLLE

9.1: Was ist Fotosynthese?

Bei der Fotosynthese handelt es sich um einen mehrteiligen, biochemischen Prozess. Er wird sowohl von Pflanzen als von einigen Bakterien genutzt. Bei der Fotosynthese nutzt die Zelle Kohlendioxid und Sonnenenergie, um Glucose zu produzieren. Sie speichert chemische Energie in Form von Kohlenhydraten. Die gesamte biochemische Formel der Fotosynthese lautet 6 CO2 + 6 H2O + Lichtenergie → C6H12O6 + 6 O2. Durch die Fotosynthese wird Sauerstoff in die Atmosphäre freigesetzt. Dieser freigesetzte Sauerstoff ist weitgehend für die Aufrechterhaltung des Luftsauerstoffgehalts der Erde verantwortlich.

Fotosynthetische Reaktionen finden in Chloroplasten statt. Bei Chloroplasten handelt es sich um spezialisierte, membranumschlossene Kompartimente in der Pflanzenzelle. Sie bestehen aus münzförmigen Stapeln von Thylakoiden. Man nennt einen solchen Stapel Granum. Die Thylakoidmembranen sind mit Chlorophyll angereichert. Dies sind grünfarbige Pigmente, die Pflanzen und vor allem ihren Blättern ihre grüne Farbe verleihen. Das Chlorophyllmolekül absorbiert Lichtenergie in Form von Photonen violett-blauer, oranger und roter Wellenlänge. Die Photonen initiieren eine Kaskade, welche die Reaktionen von Fotosystem II und Fotosystem I antreibt. In ihnen wird ATP und NADPH produziert. Diese beiden Moleküle werden dann dazu verwendet, die lichtunabhängigen Reaktionen des Calvin-Zyklus zur Herstellung komplexer Kohlenhydrate anzutreiben. Sie finden im Stroma eins Chloroplasts statt.

Pflanzen, welche in trockenen und heißen Klimazonen wachsen, nutzen modifizierte Kohlenstoff-Fixierungsprozesse, um Zucker zu produzieren. Sie besitzen beispielsweise C4 und CAM-Pfade. Beispiele hierfür sind Maispflanzen oder auch Kakteen. Diese Anpassung an das Klima reduziert die Photorespiration. Sie ist ein Prozess, bei dem das Enzym rubisco O2 bindet und Zucker verbrennt, anstatt ihn durch Bindung von CO2 zu produzieren. CAM- und C4-Pflanzen trennen die CO2 Fixierung und die Glucosesynthese zeitlich oder durch den Einsatz spezialisierter Zellkompartimente für beide Prozesse.


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