Photosynthese

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

Die Photosynthese ist ein faszinierender Prozess, den Pflanzen verwenden, um Nahrung herzustellen und Sauerstoff freizusetzen. Ohne die Photosynthese gäbe es kein Leben auf der Erde, da Pflanzen die Hauptquelle für Nahrung und Sauerstoff sind.

Es gibt einige Lebewesen, die Photosynthese betreiben können. Zu diesen Lebewesen gehören neben den Pflanzen z.B. auch Cyanobakterien und einige Einzeller, wie die Euglena.

Ich erkläre dir hier anhand von Pflanzen den Prozess der Photosynthese. Du lernst, wie sie mithilfe von Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser Nahrung herstellen und Sauerstoff freisetzen. Ich erzähle dir etwas über die Rolle von Chlorophyll und warum Pflanzen diesen Prozess nur tagsüber durchführen können. 

Photosynthese ist ein Prozess, den Pflanzen verwenden, um aus einfachen Zutaten wie Sonnenlicht, Kohlendioxid (CO2) und Wasser Nahrung herzustellen. Mithilfe von Chlorophyll, einem speziellen Pigment in den Pflanzenzellen, verwandeln sie diese Zutaten in Glucose, den du sicher als Traubenzucker kennst. Glucose ist das Fachwort für Traubenzucker. Merk dir das gut, denn ich werden diesen Fachbegriff weiter verwenden. 

Glucose dient als Energiequelle für die Pflanze.

Die Photosynthese ist für Pflanzen von entscheidender Bedeutung, da sie ihnen ermöglicht, ihre eigene Nahrung herzustellen.

Indem sie Sonnenlicht absorbieren (=aufnehmen), sind Pflanzen in der Lage, die Energie daraus zu nutzen, um CO2 und Wasser in Glucose umzuwandeln. Diese Glucose wird dann in den verschiedenen Teilen der Pflanze gespeichert und als Energiequelle für Wachstum und Entwicklung verwendet.

Die Photosynthese findet in den Chloroplasten statt, den Organellen in den Pflanzenzellen, die das Chlorophyll enthalten. Wenn Sonnenlicht auf die Blätter einer Pflanze fällt, absorbieren die Chloroplasten das Licht und verwenden es, um die Photosynthese durchzuführen.

Während der Photosynthese nehmen die Pflanzen CO2 aus der Luft auf und transportieren es in die Chloroplasten. Gleichzeitig nehmen sie Wasser aus dem Boden auf und transportieren es ebenfalls in die Chloroplasten.

Das Sonnenlicht liefert die Energie, die benötigt wird, um die chemische Reaktion zu starten. Das Chlorophyll in den Chloroplasten absorbiert das Sonnenlicht und wandelt es in chemische Energie um.

Diese Energie wird dann verwendet, um CO2 und Wasser zu Glucose umzuwandeln. Dabei wird Sauerstoff als Nebenprodukt freigesetzt und von den Pflanzen in die Luft abgegeben.

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

1. Sauerstoff und Stärke herstellt
2. Licht, Chlorophyll und CO2 dafür braucht. 

Nimm dir die Zeit und sieh dir das Video an. Es ist schon sehr alt und alles wird sehr langsam gezeigt. Das ist gut, denn wir lernen so am besten. Mach dir Notizen, damit du alles gut verstehst. Der Film ist in mehrere kleine Kapitel aufgeteilt. Sieh dir jedes Kapitel an, stoppe den Film und dann schreib dir auf, was du aus dem gerade Gesehenen verstanden und behalten hast. Schreib dir auch Fragen auf, die du hast und die der Film dir nicht beantwortet. Die klärst du dann im Unterricht mit deinem Lehrer oder deiner Lehrerin.

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

Aus den Ausgangsstoffen CO2 und H2O baut die Pflanze also Glucose auf und gibt Sauerstoff an die Luft ab. Dafür braucht sie Sonnenenergie, Photosynthese geht also nur tagsüber, wenn die Sonne scheint. Ebenso braucht sie dafür das Chlorophyll, das ist ein Katalysator, also ein Stoff, der eine Reaktion schneller ablaufen lässt.

Wenn du das in der Kürze verstanden hast, sehen wir uns das Ganze etwas genauer an.

Ich zeige dir, wie die Pflanze diesen Umbau macht und wofür sie all das Kohlendioxid und Wasser braucht.

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

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.

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.

Als ersten Schritt: Ja. 

Und dann?

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