Lernleitfaden zur Photosynthese
1. Überblick über die Photosynthese
Definition:Photosynthese ist ein biochemischer Prozess bei welchem grüne Pflanzen und Algen
Lichtenergie nutzen, um aus Wasser und Kohlenstoffdioxid die organischen Stoffe Glukose und
Sauerstoff zu produzieren.
Wortgleichung:Wasser + Kohlendioxid + Lichtenergie → Glukose + Sauerstoff (6 H₂O + 6 CO₂ +
Lichtenergie → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂)
Bedeutung der Photosynthese:
Erzeugung von Sauerstoff
Grundlage der Nahrungsketten
Bindung von Kohlendioxid
Energieumwandlung von Lichtenergie in chemische Energie
Erhaltung des Lebens auf der Erde
2. Das Chloroplast: Ort der Photosynthese
Struktur:Doppelmembran -> Äußere und innere Membran, die das Chloroplast umschließen
Stroma:Grundsubstanz im Inneren des Chloroplasten, in der die lichtunabhängigen Reaktionen
stattfinden. Enthält DNA, Ribosomen und Enzyme
Thylakoide:membranumschlossene, sackartige Strukturen, die im Stroma gestapelt sind; sie
enthalten Chlorophyll und sind der Ort der lichtabhängigen Reaktionen
Grana:Stapel von Thylakoiden
Chlorophyll:Grüner Farbstoff in den Thylakoidmembranen, der Lichtenergie absorbiert
Größe und Farbe:Ca. 2-8 µm groß, linsenförmig, grün durch Chlorophyll
3. Die Schritte der Photosynthese
3.1. Lichtabhängige Reaktionen (Primärreaktion)
Ort:Thylakoidmembran
Benötigt:Lichtenergie, Wasser
Produkte:Sauerstoff (als Abfallprodukt), ATP (Adenosintriphosphat), NADPH (reduziertes NADP)
Prozess:
○ Lichtabsorption:Chlorophyll und andere Pigmente in den Fotosystemen (Fotosystem I und
II) absorbieren Lichtenergie.
○ Wasserspaltung (Fotolyse):Wasser wird in Elektronen, Protonen (H⁺) und Sauerstoff
gespalten. Der Sauerstoff wird freigesetzt.
○ Elektronentransportkette:Die freigesetzten Elektronen durchlaufen eine Kette von
Proteinen in der Thylakoidmembran. Dabei wird Energie freigesetzt.
, ○ ATP-Synthese (Fotophosphorylierung):Die Energie wird genutzt, um ATP aus ADP und
Phosphat zu bilden. ATP ist ein Energieträger/Energiespeicher in Sroffwechselprozessen.
○ NADPH-Bildung:Elektronen und Protonen werden auf NADP⁺ übertragen, um NADPH zu
bilden.
Funktion:Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie (ATP und NADPH), die für die
lichtunabhängige Reaktion benötigt wird.
3.2. Lichtunabhängige Reaktionen (Calvin-Zyklus / Dunkelreaktion)
Ort:Stroma des Chloroplasten
Benötigt:Kohlenstoffdioxid, ATP, NADPH
Produkte:Glukose (Zucker)
Prozess (Calvin-Zyklus):
○ Carboxylierung:Sechs CO₂-Molekküle werden an 6 RuBP-Moleküle gebunden, wodurch
mithilfe des enzyms RubisCo und Wasser sechs instabile C₆-Moleküle entstehen, die sofort
in zwölf C₃-Moleküle zerfallen.
○ Reduktion:Die C₃-Moleküle werden unter Verbrauch von ATP und NADPH zu G3P
reduziert.
○ Regeneration:Ein Teil des G3P wird zur Synthese von Glukose genutzt, der Rest wird unter
ATP-Verbrauch regeneriert, um wieder CO₂ zu binden. Das dabei entstehende ATP wird in
der Lichtreaktion wieder zu ATP umgewandelt.
Funktion:Fixierung von Kohlenstoffdioxid und Umwandlung in organische Stoffe (Glukose) unter
Verwendung der chemischen Energie aus der lichtabhängigen Reaktion.
4. Einflussfaktoren der Photosynthese
Lichtintensität:Mit zunehmender Lichtintensität steigt die Photosyntheserate bis zu einem
Sättigungspunkt. Darüber hinaus kann sie sinken (Lichthemmung).
Kohlenstoffdioxidkonzentration:Eine höhere CO₂-Konzentration erhöht die Photosyntheserate
bis zu einem Sättigungspunkt.
Temperatur:Die Photosyntheserate hat ein Temperaturoptimum. Bei zu niedrigen oder zu hohen
Temperaturen sinkt die Rate, da Enzyme denaturieren.
Wasserverfügbarkeit:Wasser ist ein Reaktionspartner; Wassermangel führt zu Stomataverschluss
(Schließung der Spaltöffnungen) und verminderter CO₂-Aufnahme.
Chlorophyllgehalt:Eine höhere Konzentration an Chlorophyll ermöglicht eine effizientere
Lichtabsorption.
1. Überblick über die Photosynthese
Definition:Photosynthese ist ein biochemischer Prozess bei welchem grüne Pflanzen und Algen
Lichtenergie nutzen, um aus Wasser und Kohlenstoffdioxid die organischen Stoffe Glukose und
Sauerstoff zu produzieren.
Wortgleichung:Wasser + Kohlendioxid + Lichtenergie → Glukose + Sauerstoff (6 H₂O + 6 CO₂ +
Lichtenergie → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂)
Bedeutung der Photosynthese:
Erzeugung von Sauerstoff
Grundlage der Nahrungsketten
Bindung von Kohlendioxid
Energieumwandlung von Lichtenergie in chemische Energie
Erhaltung des Lebens auf der Erde
2. Das Chloroplast: Ort der Photosynthese
Struktur:Doppelmembran -> Äußere und innere Membran, die das Chloroplast umschließen
Stroma:Grundsubstanz im Inneren des Chloroplasten, in der die lichtunabhängigen Reaktionen
stattfinden. Enthält DNA, Ribosomen und Enzyme
Thylakoide:membranumschlossene, sackartige Strukturen, die im Stroma gestapelt sind; sie
enthalten Chlorophyll und sind der Ort der lichtabhängigen Reaktionen
Grana:Stapel von Thylakoiden
Chlorophyll:Grüner Farbstoff in den Thylakoidmembranen, der Lichtenergie absorbiert
Größe und Farbe:Ca. 2-8 µm groß, linsenförmig, grün durch Chlorophyll
3. Die Schritte der Photosynthese
3.1. Lichtabhängige Reaktionen (Primärreaktion)
Ort:Thylakoidmembran
Benötigt:Lichtenergie, Wasser
Produkte:Sauerstoff (als Abfallprodukt), ATP (Adenosintriphosphat), NADPH (reduziertes NADP)
Prozess:
○ Lichtabsorption:Chlorophyll und andere Pigmente in den Fotosystemen (Fotosystem I und
II) absorbieren Lichtenergie.
○ Wasserspaltung (Fotolyse):Wasser wird in Elektronen, Protonen (H⁺) und Sauerstoff
gespalten. Der Sauerstoff wird freigesetzt.
○ Elektronentransportkette:Die freigesetzten Elektronen durchlaufen eine Kette von
Proteinen in der Thylakoidmembran. Dabei wird Energie freigesetzt.
, ○ ATP-Synthese (Fotophosphorylierung):Die Energie wird genutzt, um ATP aus ADP und
Phosphat zu bilden. ATP ist ein Energieträger/Energiespeicher in Sroffwechselprozessen.
○ NADPH-Bildung:Elektronen und Protonen werden auf NADP⁺ übertragen, um NADPH zu
bilden.
Funktion:Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie (ATP und NADPH), die für die
lichtunabhängige Reaktion benötigt wird.
3.2. Lichtunabhängige Reaktionen (Calvin-Zyklus / Dunkelreaktion)
Ort:Stroma des Chloroplasten
Benötigt:Kohlenstoffdioxid, ATP, NADPH
Produkte:Glukose (Zucker)
Prozess (Calvin-Zyklus):
○ Carboxylierung:Sechs CO₂-Molekküle werden an 6 RuBP-Moleküle gebunden, wodurch
mithilfe des enzyms RubisCo und Wasser sechs instabile C₆-Moleküle entstehen, die sofort
in zwölf C₃-Moleküle zerfallen.
○ Reduktion:Die C₃-Moleküle werden unter Verbrauch von ATP und NADPH zu G3P
reduziert.
○ Regeneration:Ein Teil des G3P wird zur Synthese von Glukose genutzt, der Rest wird unter
ATP-Verbrauch regeneriert, um wieder CO₂ zu binden. Das dabei entstehende ATP wird in
der Lichtreaktion wieder zu ATP umgewandelt.
Funktion:Fixierung von Kohlenstoffdioxid und Umwandlung in organische Stoffe (Glukose) unter
Verwendung der chemischen Energie aus der lichtabhängigen Reaktion.
4. Einflussfaktoren der Photosynthese
Lichtintensität:Mit zunehmender Lichtintensität steigt die Photosyntheserate bis zu einem
Sättigungspunkt. Darüber hinaus kann sie sinken (Lichthemmung).
Kohlenstoffdioxidkonzentration:Eine höhere CO₂-Konzentration erhöht die Photosyntheserate
bis zu einem Sättigungspunkt.
Temperatur:Die Photosyntheserate hat ein Temperaturoptimum. Bei zu niedrigen oder zu hohen
Temperaturen sinkt die Rate, da Enzyme denaturieren.
Wasserverfügbarkeit:Wasser ist ein Reaktionspartner; Wassermangel führt zu Stomataverschluss
(Schließung der Spaltöffnungen) und verminderter CO₂-Aufnahme.
Chlorophyllgehalt:Eine höhere Konzentration an Chlorophyll ermöglicht eine effizientere
Lichtabsorption.
