Fotosynthese ist der bemerkenswerte Prozess, durch den Pflanzen Lichtenergie von der Sonne einfangen und nutzen, um Kohlenstoff
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Fotosynthese ist der bemerkenswerte Prozess, durch den Pflanzen Lichtenergie von der Sonne einfangen und nutzen, um Kohlendioxid und Wasser in energiereiche Zucker umzuwandeln, während Sauerstoff als Nebenprodukt freigesetzt wird. Die allgemeine chemische Gleichung für diesen Prozess lautet 6 CO₂ + 6 H₂O + Lichtenergie → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂. Sie findet in spezialisierten Organellen statt, den sogenannten Chloroplasten, primär in den Blättern grüner Pflanzen.
Der Prozess entfaltet sich in zwei miteinander verbundenen Phasen, die nahtlos zusammenwirken. In den lichtabhängigen Reaktionen, die in den Thylakoidmembranen innerhalb der Chloroplasten stattfinden, absorbieren Chlorophyll und andere Pigmente das Sonnenlicht. Diese absorbierte Energie spaltet Wassermoleküle durch Photolyse und setzt dabei Sauerstoffgas, Protonen und Elektronen frei. Die Energie wird dann durch eine Elektronentransportkette, die einen Protonengradienten für die ATP-Synthese erzeugt, in chemische Formen umgewandelt – speziell ATP und NADPH. Diese Energieträger speichern die eingefangene Lichtenergie und liefern die für die nächste Phase benötigte Energie.
Die lichtunabhängigen Reaktionen, auch bekannt als Calvin-Zyklus, finden im umgebenden Stroma des Chloroplasten statt. Hier treiben das in der ersten Phase produzierte ATP und NADPH die Fixierung von Kohlendioxid in Drei-Kohlenstoff-Zucker wie Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) voran. Durch eine Reihe enzymatischer Schritte werden diese Moleküle zu Glukose und anderen Kohlenhydraten zusammengesetzt, die die Pflanze zur Energiespeicherung und zum Wachstum nutzt. Obwohl diese Phase nicht direkt Licht benötigt, ist sie vollständig von den Produkten der lichtabhängigen Reaktionen abhängig, und einige ihrer Enzyme werden durch Licht aktiviert.
Durch die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie bildet die Fotosynthese die Grundlage der meisten Nahrungsketten auf der Erde. Sie liefert den Sauerstoff, den wir atmen, und die organischen Verbindungen, die Pflanzen und die von ihnen abhängigen Tiere erhalten, was sie essenziell für das Leben, wie wir es kennen, macht.