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Pflanzenernährung

Die Lichtreaktion der Photosynthese

In der Lichtreaktion der Photosynthese wird, durch Lichtenergie angeregt, H2O in O2 und H2 gespalten, dabei entsteht das Reduktionsäquivalent NADPH + H+. Durch vektoriellen Elektronentransport wird ein Protonengradient an der Thylakoidmembran aufgebaut, der zur ATP-Synthese durch die ATPase genutzt werden kann. Diesen Prozess nennt man Photophosphorylierung.

Die Absorption des Lichtes erfolgt durch Pigmente, vor allem durch Chlorophylle (Chl). Höhere Pflanzen besitzen Chl a und Chl b. Chlorophyll besteht aus einem Porphyrin (ein Tetrapyrrol-Ring) und einem Phytol-Schwanz. Der Unterschied zwischen beiden Klassen besteht darin, dass bei Chl b an einem Pyrrol anstatt der Methyl-Gruppe eine Formyl-Gruppe sitzt. Daraus resultiert eine Verschiebung des Absorptionsmaximums. Die Chlorophylle befinden sich vor allem in den Reaktionszentren.

Es gibt zwei Reaktionszentren: das Photosystem I und Photosystem II.

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Abb.1
Die Lichtreaktionen der Photosynthese

Mit den Chlorophyllen allein ist nur ein Teil des Wellenlängenbereichs des Lichts abgedeckt. Deshalb besitzt die Pflanze weitere Pigmenttypen in den so genannten Lichtsammelkomplexen. Dort gibt es neben den Chlorophyllen noch Carotinoide wie Lutein und Carotin, die andere Absorptionsmaxima als die Chlorophylle besitzen. So kann die Pflanze die verschiedenen Wellenlängen des Lichts optimal nutzen. Von den Lichtsammelantennen wird die gesammelte Energie auf die Reaktionszentren geleitet, in denen nur Chlorophylle liegen. Hier finden die eigentlichen Reaktionen statt. Die Lichtsammelkomplexe dienen außerdem auch dem Schutz der Reaktionszentren vor Strahlenschäden.

Die Lichtabsorption erfolgt also zunächst durch die Pigmente der Lichtsammelkomplexe. Dabei findet eine Elektronenanregung der Pigmentmoleküle statt, die bis zu den Reaktionszentren des Photosystems II übertragen wird. Gleichzeitig wird das Wasser durch Licht gespalten. Es entsteht Sauerstoff, die Wasserstoff-Moleküle werden zur ATP-Synthese verwendet. Durch die Elektronenweiterleitung werden die Chlorophyll-Moleküle des Reaktionszentrums angeregt. Fallen sie wieder auf ihr normales Energieniveau, geben sie die Elektronen wieder ab. Diese werden nun über den Cytochrom-b6f-Komplex und verschiedene andere Elektronentransporter auf das Photosystem I übertragen. Hier läuft im Prinzip die gleiche Reaktion wie im PS II ab: das Chlorophyll-Molekül wird angeregt und gibt beim Absinken in den Ausgangszustand die Elektronen wieder ab. Auch hier erfolgt die Weiterleitung über verschiedene Redoxcarrier, diesmal auf NADP+, das zu NADPH + H+reduziert wird. In dem so genannten Z-Schema der Photosynthese kann man die einzelnen Schritte gut verfolgen.

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