Photosynthese

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.

 

Welche Stoffe braucht die Pflanze und welche stellt sie mit der Photosynthese her?

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.

Ablauf der Photosynthese

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. 

Glucose-Molekül | Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Alpha-D-glucose_Haworth.svg
Glucose-Molekül | Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/84/Alpha-D-glucose_Haworth.svg

Es besteht aus 6 C-Atomen, 12 H-Atomen und 6 O-Atomen; Summenformel: C6H12O6. Darin sind genau die Atomsorten verbaut (C, H und O), die in CO2 und H2O vorkommen. Nur die Anzahl haut nicht hin und sie hängen falsch zusammen. Kümmern wir uns zunächst um die Anzahl.

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).

Machen alle Pflanzen immer nur Glucose?

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

Um nicht tausende einzelner Glucosemoleküle wirr 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. Im Bild siehst Du eine Abbildung davon. 

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.

Wofür braucht die Pflanze die Glucose bzw. Stärke?

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 Cellulose bestehen. Der Grundbaustein für die Cellulose ist auch Glucose.

Auch Cellulose nutzen wir, um damit alle Dinge aus Papier herstellen zu können: Schreibpapier, Packpapier, Taschentücher, Haushaltsrollen usw.


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