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Skript Lichtreaktion Fotosynthese Hast du dich schon mal gefragt warum Pflanzen immer zum Licht hin wachsen? Eine ziemlich interessante Frage! Die Antwort steckt in der Fotosynthese, die den Energiebindungsprozess bei Pflanzen bezeichnet. Genauer gesagt in der lichtabhängigen Reaktion, die von der lichtunabhängigen Reaktion unterschieden wird. Was genau bei dieser Reaktion abläuft erklären wir euch jetzt. Bei der Fotosynthese werden Wasser und Kohlenstoffdioxid in Glukose, Sauerstoff und Wasser umgewandelt. Dieser Prozess findet in allen grünen Pflanzen statt, da diese die Zellorganellen Chloroplasten besitzen. In den Chloroplasten befinden sich die sogenannten Thylakoiden. In der Membran dieser Thylakoiden findet der Prozess der lichtabhängigen Reaktion statt und kann in zwei Lichtreaktionen und die ATP Synthese aufgeteilt werden. Zuerst erläutern wir euch die einzelnen Bestandteile der Membran: Da wären ersteinmal: Der Thylakoidinnenraum und die Thylakoidmembran sowie das Stroma welches diese umgibt. Das Fotosystem I auch p700 genannt, da dieses Licht der Wellenlänge 700 verarbeitet Das Fotosystem II auch p680 genannt, da dieses Licht der Wellenlänge 680 verarbeitet Zwischen den beiden Fotosystemen liegen drei chemische Verbindungen: Das Plastochinon Der Cytochrom b/f Proteinkomplex Und das Kupferprotein Plastocyanin Hinter dem Fotosystem I befindet sich das Ferredoxin ein weiterer Proteinkomplex Danach folgt das NADP+ Reduktase Enzym Sowie die ATP Synthase Protein welche später für die ATP Produktion zuständig ist Was passiert nun beim ersten Schritt der Photosynthese? Folgendes: Wenn Licht auf das Fotosystem I trifft, wird dieses auf ein höheres Energieniveau gehoben und gibt 2 Elektronen an den primären Akzeptor ab, der dafür sorgt, dass die Elektronen weitergegeben werden können. Die beiden Elektronen durchlaufen das Redoxsystem D des Proteins Ferredoxin und gelangen so zur NADP+ Reduktase. Die NADP+ Reduktase nimmt die beiden Elektronen auf sowie zwei Protonen und wandelt NADP+ zu NADPH+H+. Das ist einer der beiden Ausgangsstoffe für die Dunkelreaktion. Beim Heben auf ein höheres Energieniveau ist in Fotosystem I eine Elektronenlücke entstanden, welche gefüllt werden muss. Um das zu tun müssen Elektronen aus Fotosystem II dorthin gelangen. Zuerst werden auch im Fotosystem II durch einen Lichtimpuls Elektronen auf ein höheres Energieniveau gehoben und an den primären Elektronenakzeptor weitergegeben. Damit die Elektronen nun zum Fotosystem I gelangen, müssen diese drei Redoxsysteme durchlaufen. Währenddessen verlieren sie an Energie. Zuerst durchlaufen sie ein Redoxsystem im Plastochinon. Darauf folgt das Redoxsystem im sogenannten Cytochrom b/f Komplex. Haben die Elektronen diesen durchlaufen geht es mit dem Redoxsystem im Plastocyanin weiter, was schließlich die Elektronen an das Fotosystem I überträgt und die Elektronenlücke dort schlussendlich schließt. Dem aufmerksamen Zuhörer könnte bereits aufgefallen sein, dass sich in Fotosystem II demnach auch eine Elektronenlücke auftun müsste. Genauso ist es. Diese Lücke wird durch die sogenannte Fotolyse des Wassers geschlossen. Die Fotolyse des Wassers ist eine durch Lichtenergie angeregte Spaltung von Wasser mit der Reaktionsgleichung H2O wird zu ½ O2 + 2 H+ + 2e-. So kann die Elektronenlücke von 2e- geschlossen werden, während Sauerstoff und 2 Protonen frei werden. Dieser komplette Prozess wird nichtzyklischer Elektronentransport genannt. Hier endet jedoch die Lichtreaktion noch nicht da für die Dunkelreaktion immer noch ATP benötigt wird. Die Herstellung geschieht folgendermaßen: Zuerst werden für alle zwei Elektronen die den Elektronentransport durchlaufen zwei Protonen aus dem Stroma durch die sogenannte Protonenpumpe mit Hilfe des Cytochrom b/f Komplexes in den Thylakoidinnenraum befördert. Als Folge dieses Vorgangs entsteht ein Protonengradient sozusagen ein Unterdruck im Stroma. Das führt letztlich dazu, dass Protonen durch die ATP Synthase zurück ins Stroma fließen. Dies macht sich die ATP Synthase wie eine Wassermühle zunutze und synthetisiert ADP und eine Phosphatgruppe zu dem benötigten ATP. So gelangen auch die für die NADP+ Reduktase benötigte 2 H+ dorthin. Die anderen beiden Protonen befinden sich wieder im Stroma und können erneut durch den Cytochrom b/f Komplex in den Kreislauf gelangen. Aus dem Grund, dass bei dem nichtzyklischen Elektronentransport etwas gleich viele ATP und NADPH+ entstehen und für die lichtunabhängige Reaktion mehr ATP benötigt werden, gleicht ein zyklischer Elektronentransport, das Pendant zum gerade erläutert nichtzyklischen, die Differenz aus. Dabei gelangen die Elektronen vom Ferredoxin Protein über eine Elektronentransportkette zurück zum Cytochrom b/f Komplex und fließen über das Plastocyanin zurück zum Fotosystem I. Da auch hierbei Protonen ins Innere gepumpt werden, kann zusätzliches ATP synthetisiert werden. Die Reaktionsgleichung für die lichtabhängige Reaktion lautet nun:
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Lichtreaktionen der Fotosynthese verständlich erklärt
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