Photosynthese

Diese Zusammenfassung gibt dir den wichtigsten Überblick über diesen Stoff. Was du unbedingt wissen musst, steht hier drin.

Es gibt einige Lebewesen, die in der Lage sind, Photosynthese zu betreiben. Zu diesen Lebewesen zählen die Pflanzen, Cyanobakterien und einige Einzeller, wie die Euglena.

Eines ist ihnen allen gemeinsam: Sie sind grün. Für diesen wichtigsten biochemischen Prozess der Erde ist nämlich der grüne Blattfarbstoff, das Chlorophyll, nötig. 

Ebenso braucht es Licht zur Photosynthese, Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft und Wasser (H20).

Am Ende der Photosynthese stellt die Pflanze Traubenzucker her und verbindet ihn zu langen Ketten, der Stärke. Und sie gibt Sauerstoff an die Luft ab.

In diesem Video sieht man, welche Untersuchungen herausfinden lassen, ob die Pflanze wirklich

1. Sauerstoff und Stärke herstellt
2. Licht, Chlorophyll und Kohlendioxid dafür braucht. 

Die Untertitel zum Film sind von mir - wenn Du Fehler entdeckst, gib mir bitte Bescheid.

Photosynthese ist ein sehr komplexer Prozess, den ich hier versuchen will, sehr einfach zu beschreiben. Fangen wir erst einmal ganz allgemein an und machen dann etwas detaillierter weiter.

Allgemein

Aus den Ausgangsstoffen CO2 und H2O baut die Pflanze Glucose (= Traubenzucker) und gibt den für sie überschüssigen Sauerstoff an die Luft ab. Um das tun zu können, braucht sie Energie und nimmt dafür die Sonnenenergie. Die Pflanze kann das also nur tagsüber tun. Ebenso braucht sie dafür das Chlorophyll. Es ist ein Katalysator, also ein Stoff, der eine Reaktion schneller ablaufen lässt.

Sehen wir uns den Prozess etwas detaillierter an und schauen mal, wie die Pflanze diesen Umbau macht und wofür sie all das Kohlendioxid und Wasser braucht.

Dazu müssen wir einen kleinen Exkurs in die Biochemie machen und uns das Glucose-Molekül genauer ansehen. 

Was macht die Pflanze mit dem CO2 aus der Luft?

In einem CO2-Molekül sind ein C-Atom und 2 O-Atome enthalten. Da um jede Pflanze Millionen von CO2-Molekülen herumschwirren, die sie einfach einatmen kann, ist ihre Auswahl ja nicht auf nur ein CO2-Molekül beschränkt. Sie kann sich so viele schnappen wie sie will. Und das macht sie auch. Sie braucht das C aus CO2, um es mit anderen C's aus anderen CO2-Molekülen zur Glucose zu verbinden. In der Glucose sind 6 C-Atome enthalten. Also braucht die Pflanze für ein Glucose-Molekül 6 CO2-Moleküle.

Die Pflanze trennt nun jedes CO2-Molekül in C und O2 auf. Die C- und O-Atome behält sie und verbaut sie neu zur Glucose.

Was macht die Pflanze mit dem H2O aus dem Boden?

In einem H2O-Molekül sind 2-H-Atome und 1 O-Atom enthalten. Das Wasser nehmen die meisten Pflanzen über die Wurzeln aus dem Boden, deshalb muss man sie auch gießen. Auch hier sind Millionen und Abermillionen Wassermoleküle verfügbar, die sich die Pflanze jederzeit aus dem Erdreich ziehen kann. Sie braucht insgesamt noch 12 H-Atome für den Bau einer Glucose, diese sind in 6 H2O-Molekülen enthalten. Damit sie diese auch verbauen kann, muss sie auch hier alle Atome des H2O voneinander trennen.

Die O-Atome aus den Wassermolekülen verbinden sich miteinander zum O2-Molekül und werden in die Luft entlassen, wo wir und andere Lebewesen sie zur Energiegewinnung nutzen (indem wir sie einatmen).

Hier ist ein Video, das die Photosynthese sehr einfach erklärt.

Ein sehr genaues, extrem gut gemachtes Video dazu siehst Du hier.

Ist zwar viel komplexer, aber auch genauer - wer es ganz genau wissen will.

Als ersten Schritt: Ja. Die Frage ist doch eher, wie es dann weitergeht.

Um nicht tausende einzelner Glucosemoleküle in der Zelle herumfliegen zu haben, werden alle Glucose-Moleküle aneinander gehangen zu einer langen Kette. Du kennst diesen Stoff auch, isst ihn sicher oft: Du kannst ihn als Speisestärke (aus Kartoffeln oder Mais, das ist dasselbe) im Supermarkt kaufen und Stärke findet sich in vielen Lebensmitteln wieder, z.B. im Brot oder Gebäck. Im Bild siehst Du eine Abbildung davon. Links, das Große (auf Mobilgeräten meist oben) ist ein einzelnes Glucose-Molekül. Rechts (auf Mobilgeräten unten) ist ein Stärkemolekül. 

Wenn Du keine Prüfung in Chemie hast, musst Du die Strukturformeln nicht auswendig lernen!

Die langen Stärkeketten werden dann ordentlich in sogenannten Stärkekörnchen verpackt. Jede Pflanze stellt sie her, aber nicht aus allen lohnt es sich, sie herauszuholen, denn die Mengen unterscheiden sich sehr stark. Kartoffeln, Mais und die meisten Getreidesorten stellen Stärke in sehr großen Mengen her und werden deshalb von uns als Stärkelieferanten genutzt.

Zusammenhang zwischen Photosynthese und Zellatmung

Stärke ist ein sehr schnell verfügbares Kohlenhydrat, das rasch abgebaut und ins Blut abgegeben wird. Sie wird von 2 Enzymen in unserer Verdauung wieder in die einzelnen Glucose-Moleküle zerlegt: Amylase im Mundspeichel (hergestellt in den Speicheldrüsen des Mundes) und Maltase im Zwölffingerdarm (hergestellt in der Bauchspeicheldrüse).

Die Glucose-Moleküle werden dann ins Blut aufgenommen (im Dünndarm) und gelangen so in alle Körperzellen.

Uns und allen anderen Lebewesen (auch den Pflanzen selbst) dienen die Glucose-Moleküle UND der Sauerstoff, die beide von den Pflanzen hergestellt werden, zur Gewinnung von Energie in unseren Mitochondrien. Wir spalten die Glucose wieder auf und stellen die Ausgangsprodukte der Photosynthese wieder her. Dabei ziehen wir die Sonnenenergie, die die Pflanzen in der Glucose gespeichert haben, heraus und speichern sie in ATP, dem universellen Energieträger aller Lebewesen.

Wenn du die beiden Reaktionsgleichungen für die Zellatmung und die Photosynthese vergleichst, stellst du fest, dass die eine die Umkehrreaktion der anderen ist:

Reaktionsgleichung für die Photosynthese in den Chloroplasten

Reaktionsgleichung für die Zellatmung in den Mitochondrien

Auch Pflanzen haben Mitochondrien. Sie nutzen die selbst hergestellte Energie für sich allein. Aber nicht nur: Aus der Glucose macht sie nicht nur Energie, wenn sie diese braucht (das ist vor allem nachts der Fall, wenn es kein Tageslicht gibt), sondern baut auch sich selbst auf. Die Zellwand in Pflanzenzellen besteht aus Zellulose und die wird aus einzelnen Zuckermolekülen aufgebaut. Zellulose ist ein Kohlenhydrat. Besonders viel Zellulose bilden Bäume, Bambus und Baumwollpflanzen. Daher nutzen wir sie für die Herstellung von Papier oder Textilien.

Auch die Kohlenhydrate im Vollkorn werden daraus hergestellt. Sie sind aber sehr viel komplexer aufgebaut als die Stärke und wir können sie nicht verwerten. Das macht unsere Darmflora, die Darmbakterien im Dickdarm, für uns. Und weil die Bakterien ganz langsam arbeiten, ist die Abgabe der Glucose aus Vollkornprodukten viel langsamer. Darum bleibt man länger satt und hat keine Heißhungerattacken, wenn man vor allem Vollkorn isst.

1. Energiegewinnung

Zunächst einmal ist es ja nicht immer Tag - nachts atmet die Pflanze, wie wir, den Sauerstoff ein und verbrennt die Glucose, wie wir, in ihren Mitochdonrien. Daraus gewinnt sie Energie.

2. Speicher

Nachts, wenn kein Licht vorhanden ist, atmet die Pflanze - genau wie wir. Dann nutzt sie die in den Stärkekörnchen gespeicherten Stärkemoleküle und verbrennt sie, um Energie zu gewinnen.

3. Umbau zu verschiedenen Zuckerstoffen (Kohlenhydrate)

Jede Pflanze hat zusätzliche Strategien entwickelt, die Glucose aus der Photosynthese zu nutzen. Manche bauen z.B. einen Teil oder das meiste in Fructose (= Fruchtzucker) um. Wie der Name schon vermuten lässt, haben vor allem Früchte diese Strategie entwickelt. Zwei Pflanzenarten machen dann aus einem Glucose- und einem Fructose-Molekül ein uns sehr gut bekanntes Kohlenhydrat: den Haushaltszucker. Frage an Dich: Aus welchen Pflanzen gewinnen wir denn Zucker?

Außerdem dient sie als Baumaterial für die Zellwände der Pflanzen, die aus Zellulose bestehen. Der Grundbaustein für die Zellulose ist auch Glucose.

Quiz zur Photosynthese mit Fragen, die in der mündlichen Prüfung schon gestellt wurden