Photosynthese

Zusammenfassung

Phototrophe Organismen (Pflanzen, Algen, Cyanobakterien) benutzen Lichtenergie, um aus CO₂ und H₂O Kohlenhydrate aufzubauen. Von dieser Syntheseleistung abhängig sind auch die chemotrophen Organismen, die auf organische Nährstoffe angewiesen sind. Die Photosynthese liefert zudem Luftsauerstoff für die oxidative Phosphorylierung. Die Photosynthese liefert Glucose entsprechend der Nettogleichung

6 CO₂ + 6 H₂O $\xrightarrow{\text{Lichtenergie}}$ C₆ H₁₂O₆ + 6 O₂; ΔG°’ = 2820 kJmol^-1.

Bilanzmäßig wird CO₂ durch Wasser zu Kohlenhydrat reduziert; Lichtenergie ermöglicht den photosynthetisierenden Zellen, das hierzu benötigte NADPH und ATP bereitzustellen.

Chlorophyll, ein grüner Tetrapyrrol-Farbstoff ähnlich dem Häm, jedoch mit Mg²⁺ als Zentralion, ermöglicht den phototrophen Organismen, die zur Synthese von NADPH und ATP notwendige Energie aus dem Sonnenlicht einzufangen. In den Lichtreaktionen der Photosynthese werden H₂O-Moleküle in Elektronen, Protonen und Sauerstoffatome zerlegt und die Elektronen durch Lichtenergie auf ein Energieniveau (mit stark negativem Redoxpotenzial) angehoben, das ausreicht, um NADP⁺ zu reduzieren. NADPH ist ein genügend starkes Reduktionsmittel, um CO₂ durch Reduktion an einem organischen Akzeptor zu fixieren. Diese CO ₂ -Assimilierung in den Dunkelreaktionen ist lichtunabhängig; die Reaktionen entsprechen zum Teil den nichtoxidativen Abschnitten des Pentosephosphatwegs.