Was sind die Produkte der Photosynthese?

Photosynthese ist der biologische Prozess, der eine Reihe chemischer Reaktionen in Pflanzen umfasst, durch die sie Sonnenenergie einfangen und in chemische Energie umwandeln, in Zucker, der dann andere lebensnotwendige biologische Prozesse speist. Sonnenenergie wird in einer Reaktion eingefangen, die im Wesentlichen Kohlendioxid (CO ₂ ) und Wasser (H ₂ O) kombiniert, um Glukose (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) und Sauerstoff (O ₂ ) zu produzieren. Schematisch lässt sich die Reaktion wie folgt zusammenfassen: Kohlendioxid + Wasser + Sonnenlicht, erzeugt Glukose + Sauerstoff. Die Grundgleichung der Photosynthese lautet wie folgt.

6 CO ₂ + 6 H ₂ O + Sonnenenergie → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6 O ₂

In eine Pflanze gelangt Kohlendioxid aus der Luft durch Diffusion durch die Stomata der Blätter. Wasser wird aus dem Boden durch die Wurzeln aufgenommen und durch das Xylem zu den Blättern transportiert, wobei es durch Kapillarität aufsteigt. Sonnenenergie wird vom Chlorophyll in den Blättern absorbiert. Photosynthesereaktionen finden in den Chloroplasten von Pflanzen statt. Bei photosynthetischen Bakterien findet der Prozess der Photosynthese dort statt, wo sich Chlorophyll oder ein verwandtes Pigment in der Plasmamembran befindet. Der durch Photosynthese produzierte Sauerstoff wird durch die Stomata an die Luft abgegeben.

Pflanzen verbrauchen tatsächlich sehr wenig Glukose. Glukosemoleküle werden durch Dehydratisierungssynthese zu Cellulose verbunden, die von der Pflanze als Strukturmaterial verwendet wird. Die Dehydratisierungssynthese wird auch verwendet, um Glukose in Stärke umzuwandeln, Verbindungen, die Pflanzen zum Speichern von Energie verwenden.

Zwischenprodukte der Photosynthese

Die Grundformulierung der chemischen Gleichung der Photosynthese fasst eine Reihe chemischer Prozesse und Reaktionen zusammen. Diese Reaktionen treten in zwei Arten von Prozessen auf; Reaktionen, die Sonnenlicht erfordern, und Reaktionen, die im Dunkeln ablaufen können, hängen nicht von der Zufuhr von Lichtenergie ab und werden von Enzymen gesteuert.

Reaktionen, die Sonnenlicht absorbieren, nutzen diese Energie, um die Übertragung von Elektronen in chemischen Reaktionen voranzutreiben; sie sind endogene Reaktionen und die Energiequelle ist das Sonnenlicht. Die meisten photosynthetischen Organismen fangen sichtbares Licht ein, obwohl einige Infrarotlicht verwenden. Die Produkte dieser Reaktionen sind Adenosintriphosphat (ATP; C ₁₀ H ₁₆ N ₅ O ₁₃ P ₃ ) und Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADP; C ₂₁ H ₂₉ N ₇ O ₁₇ P _{3 ).}). In Pflanzenzellen treten sonnenlichtabhängige Reaktionen in der Thylakoidmembran des Chloroplasten auf. Die allgemeine Formulierung lichtabhängiger photosynthetischer Reaktionen lautet

2 H ₂ O + 2 NADP ⁺   + 3 ADP + 3 P + Licht → 2 NADPH + 2 H ⁺  + 3 ATP + O ₂

wobei ADP Adenosindiphosphat ist; C ₁₀ H ₁₅ N ₅ O ₁₀ P ₂ . Diese Reaktionen fangen im Wesentlichen Sonnenenergie für die Umwandlung von ADP in ATP ein.

Bei chemischen Reaktionen ohne Beteiligung von Sonnenlicht reduzieren ATP und NADPH Kohlendioxid, das in Glukose umgewandelt wird. Bei Pflanzen, Algen und Cyanobakterien werden diese Reaktionen als Calvin-Zyklus bezeichnet. Bakterien können verschiedene Reaktionen verwenden, einschließlich des umgekehrten Krebszyklus. Die allgemeine Formulierung nicht lichtabhängiger photosynthetischer Reaktionen in Pflanzen (Calvin-Zyklus) lautet

3 CO ₂   + 9 ATP + 6 NADPH + 6 H ⁺   → C ₃ H ₆ O ₃ + 9 ADP + 9 P + 6 NADP ⁺  + 3 H ₂ O

Auf diese Weise wird der Kohlenstoff in Kohlendioxid durch den Calvin-Zyklus in Kohlenhydrate umgewandelt.

Faktoren, die die Photosynthese beeinflussen

Wie bei jeder chemischen Reaktion bestimmt die Verfügbarkeit von Reaktanten die Anzahl der Produkte, die gebildet werden können. Die Begrenzung der Verfügbarkeit von Kohlendioxid oder Wasser verlangsamt die Produktion von Glukose und Sauerstoff. Darüber hinaus wird die Geschwindigkeit der Reaktionen durch die Temperatur und die Verfügbarkeit von Mineralien beeinflusst, die in den Zwischenreaktionen erforderlich sein können, wie z. B. Quellen für Phosphor (P) und Stickstoff (N).

Die allgemeine Gesundheit der Pflanze oder jedes anderen photosynthetischen Organismus spielt auch eine grundlegende Rolle bei den Prozessen der Photosynthese. Die Geschwindigkeit der Stoffwechselreaktionen wird teilweise durch die Reife des Organismus bestimmt und beeinflusst auch, ob er blüht oder Früchte trägt.

Quellen

• Bidlack, JE; Stern, KR; Jansky, S. (2003). Einführung in die Pflanzenbiologie  . New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-290941-8.
• Blankenship, RE (2014). Molekulare Mechanismen der Photosynthese  (2. Aufl.). John Wiley & Söhne. ISBN 978-1-4051-8975-0.
• Reece JB et al. (2013). Campbell-Biologie  . Benjamin Cummings. ISBN 978-0-321-77565-8.