Atmen Sie tief durch. Dann danke einer Pflanze. Wenn Sie Obst, Gemüse, Getreide oder Kartoffeln essen, danken Sie auch einer Pflanze. Pflanzen und Algen versorgen uns mit dem Sauerstoff, den wir zum Überleben brauchen, sowie mit den Kohlenhydraten, die wir zur Energiegewinnung verwenden. Sie tun dies alles durch Photosynthese.
Photosynthese ist der Prozess der Erzeugung von Zucker und Sauerstoff aus Kohlendioxid, Wasser und Sonnenlicht. Dies geschieht durch eine lange Reihe chemischer Reaktionen. Aber es kann so zusammengefasst werden: Kohlendioxid, Wasser und Licht gehen hinein. Glukose, Wasser und Sauerstoff kommen heraus. (Glukose ist ein einfacher Zucker.)
Die Photosynthese kann in zwei Prozesse aufgeteilt werden. Der „Foto“ -Teil bezieht sich auf Reaktionen, die durch Licht ausgelöst werden. Die „Synthese“ — die Herstellung des Zuckers — ist ein separater Prozess, der Calvin-Zyklus genannt wird.
Beide Prozesse finden innerhalb eines Chloroplasten statt. Dies ist eine spezialisierte Struktur oder Organelle in einer Pflanzenzelle. Die Struktur enthält Stapel von Membranen, die Thylakoidmembranen genannt werden. Dort beginnt die Lichtreaktion.
Let the light shine in
Wenn Licht auf die Blätter einer Pflanze trifft, scheint es auf Chloroplasten und in ihre Thylakoidmembranen. Diese Membranen sind mit Chlorophyll, einem grünen Pigment, gefüllt. Dieses Pigment absorbiert Lichtenergie. Licht bewegt sich als elektromagnetische Wellen. Die Wellenlänge — Abstand zwischen den Wellen – bestimmt das Energieniveau. Einige dieser Wellenlängen sind für uns als die Farben sichtbar, die wir sehen. Wenn ein Molekül wie Chlorophyll die richtige Form hat, kann es die Energie einiger Lichtwellenlängen absorbieren.
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Chlorophyll kann Licht absorbieren, das wir als blau und rot sehen. Deshalb sehen wir Pflanzen als grün. Grün ist die Wellenlänge, die Pflanzen reflektieren, nicht die Farbe, die sie absorbieren.
Während sich Licht als Welle bewegt, kann es auch ein Teilchen sein, das Photon genannt wird. Photonen haben keine Masse. Sie haben jedoch eine geringe Menge an Lichtenergie.
Wenn ein Lichtphoton der Sonne in ein Blatt prallt, regt seine Energie ein Chlorophyllmolekül an. Dieses Photon startet einen Prozess, der ein Wassermolekül spaltet. Das Sauerstoffatom, das sich vom Wasser abspaltet, verbindet sich sofort mit einem anderen und erzeugt ein Sauerstoffmolekül oder O2. Die chemische Reaktion erzeugt auch ein Molekül namens ATP und ein anderes Molekül namens NADPH. Beides ermöglicht es einer Zelle, Energie zu speichern. Das ATP und NADPH nehmen auch am Syntheseteil der Photosynthese teil.
Beachten Sie, dass die Lichtreaktion keinen Zucker ergibt. Stattdessen liefert es Energie – gespeichert in ATP und NADPH —, die in den Calvin-Zyklus eingesteckt wird. Hier wird Zucker hergestellt.
Aber die Lichtreaktion erzeugt etwas, das wir verwenden: Sauerstoff. Der gesamte Sauerstoff, den wir atmen, ist das Ergebnis dieses Photosyntheseschritts, der von Pflanzen und Algen (die keine Pflanzen sind) auf der ganzen Welt durchgeführt wird.
Gib mir etwas Zucker
Der nächste Schritt nimmt die Energie aus der Lichtreaktion und wendet sie auf einen Prozess an, der Calvin-Zyklus genannt wird. Der Zyklus ist nach Melvin Calvin benannt, dem Mann, der ihn entdeckte.
Der Calvin-Zyklus wird manchmal auch als Dunkelreaktion bezeichnet, da keiner seiner Schritte Licht benötigt. Aber es passiert immer noch während des Tages. Das liegt daran, dass es die Energie benötigt, die durch die Lichtreaktion erzeugt wird, die vor ihm kommt.
Während die Lichtreaktion in den Thylakoidmembranen stattfindet, landen das von ihr erzeugte ATP und NADPH im Stroma. Dies ist der Raum innerhalb des Chloroplasten, aber außerhalb der Thylakoidmembranen.
Am Ende der Photosynthese erhält eine Pflanze Glukose (C6H12O6), Sauerstoff (O2) und Wasser (H2O). Das Glukosemolekül geht zu größeren Dingen über. Es kann Teil eines langkettigen Moleküls wie Cellulose werden; Das ist die Chemikalie, aus der Zellwände bestehen. Pflanzen können die in einem Glucosemolekül verpackte Energie auch in größeren Stärkemolekülen speichern. Sie können die Glukose sogar in andere Zucker — wie Fruktose – umwandeln, um die Früchte einer Pflanze süß zu machen.
Alle diese Moleküle sind Kohlenhydrate – Chemikalien, die Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff enthalten. (Kohlenhydrate machen es leicht zu merken.) Die Pflanze nutzt die Bindungen in diesen Chemikalien, um Energie zu speichern. Aber wir verwenden diese Chemikalien auch. Kohlenhydrate sind ein wichtiger Bestandteil der Lebensmittel, die wir essen, insbesondere Getreide, Kartoffeln, Obst und Gemüse.
