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Photosynthese

    ist der Prozess, bei dem aus einfachen anorganischen Molekülen mithilfe der Sonnenenergie organische Moleküle entstehen. Dieser Prozess wird von Pflanzen genutzt, um ihre eigene Nahrung zu erzeugen.

    Der erste Schritt der Photosynthese wird als Lichtinterferenz bezeichnet. Lichtinterferenz bedeutet, dass das Licht auf ein Molekül trifft und es zum Schwingen bringt. Der zweite Schritt ist der Elektronentransfer. Elektronenübertragung ist, wenn die Lichtenergie der Sonne genutzt wird, um Elektronen von einem Molekül auf ein anderes zu übertragen. Der dritte Schritt ist die Kohlenstofffixierung. Bei der Kohlenstofffixierung wird das Kohlendioxid aus der Luft in Glukose und andere organische Moleküle umgewandelt.

    Der Prozess der Photosynthese ist aus zwei Gründen wichtig. Erstens produziert er Nahrung für die Pflanzen. Zweitens erzeugt er Sauerstoffgas als Nebenprodukt. Sauerstoffgas ist für alle Tiere notwendig, um zu atmen.

    Die meisten photoautotrophen Organismen nutzen Wasser als Elektronendonator und setzen Sauerstoffgas als Abfallprodukt frei. Bei der Photosynthese entstehendes Sauerstoffgas ist vermutlich für den Sauerstoffgehalt der Erdatmosphäre verantwortlich.

    Photosynthese – Hauptphasen

    Die Photosynthese erfolgt in zwei Hauptphasen: Lichtinterferenz und Kohlenstofffixierung. In der Phase der Lichtinterferenz wird die Lichtenergie in organische Stoffe wie ATP und NADPH umgewandelt. In der Phase der Kohlenstofffixierung wird organische Materie verwendet, um aus Kohlendioxid Kohlenhydrate zu produzieren. Die Photosynthese ist ein komplexer Prozess, der in eine Reihe kleinerer Schritte unterteilt werden kann. Die wichtigsten davon sind:

    1. Lichtinterferenz

    2. Kohlenstofffixierung

    3. Reduktion von NADP zu NADPH

    4. ATP-Synthese

    5. Sauerstoffproduktion

    Lichtinterferenz

    ist die Interferenz von Lichtwellen bei der Photosynthese. Die Lichtinterferenz wird durch die Wellennatur des Lichts verursacht. Die Wellennatur des Lichts bedeutet, dass zwei Wellen, die sich treffen, miteinander interferieren können. Diese Interferenz kann konstruktiv oder destruktiv sein. Wenn die beiden Wellen die gleiche Amplitude und Phase haben, dann ist die Interferenz konstruktiv und die beiden Wellen addieren sich. Wenn die beiden Wellen unterschiedliche Amplituden oder Phasen haben, dann ist die Interferenz destruktiv und die beiden Wellen heben sich gegenseitig auf.

    Lichtinterferenzen können die Fotosyntheserate auf zwei Arten beeinflussen. Erstens kann die Lichtinterferenz zu einer Verringerung der Lichtmenge führen, die die Chloroplasten erreicht. Diese Verringerung der Lichtintensität kann die Photosyntheserate verringern. Zweitens kann die Lichtinterferenz dazu führen, dass das Licht in verschiedene Richtungen gestreut wird. Diese Streuung kann dazu führen, dass weniger Licht auf die Chloroplasten fokussiert wird. Diese Verringerung des gebündelten Lichts kann auch die Photosyntheserate verringern.

    Lichtinterferenzen sind wahrscheinlicher, wenn es viele Blätter in einem Gebiet gibt. Die Blätter reflektieren und reflektieren einen Teil des Lichts von den Chloroplasten ab. Außerdem können die Blätter einen Teil des Lichts absorbieren, bevor es die Chloroplasten erreicht.

    Kohlenstofffixierung

    Die Kohlenstofffixierung ist der Prozess, bei dem anorganischer Kohlenstoff in organische Verbindungen umgewandelt wird. Dieser Prozess ist für das Leben auf der Erde unerlässlich, er ermöglicht die Aufrechterhaltung der Nahrungskette.

    Die Kohlenstoffbindung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, aber der häufigste ist die Photosynthese.

    NADP zu NADPH

    ist eine wichtige Redoxreaktion bei der Photosynthese und anderen biochemischen Prozessen. Bei dieser Reaktion wird NADP+ durch ein Enzym namens Ferredoxin-NADP-Reduktase zu NADPH reduziert. Dieses Enzym nutzt die Energie aus der Elektronenübertragung, um NADP+ zu reduzieren.

    Diese Reaktion wird genutzt, um die Elektronen für die Reduktion von CO₂ zu Zucker bereitzustellen. Darüber hinaus liefert diese Reaktion die Energie für die Synthese von ATP aus ADP.

    NADPH wird auch bei anderen biochemischen Reaktionen wie der Fettsäuresynthese und der Cholesterinbiosynthese verwendet.

    ATP-Synthese

    ist der Prozess, bei dem ATP produziert wird, und einer der wichtigsten Stoffwechselwege in den Zellen.

    Die ATP-Synthese findet in den Mitochondrien statt, wo Sauerstoff wird verwendet, um ATP aus ADP und anorganischem Phosphat herzustellen. Der Prozess der ATP-Synthese wird durch den Protonengradienten an der Mitochondrienmembran angetrieben, das von der Elektronentransportkette erzeugt wird.

    Sauerstoffproduktion

    Der Ozean ist eine wichtige Quelle für Sauerstoff in der Erdatmosphäre. Die photosynthetische Aktivität der Meerespflanzen produziert etwa 50-80% des Sauerstoffs der Welt.

    Auch die Atmungsaktivität der Meerestiere trägt zur Produktion von atmosphärischem Sauerstoff bei. Tiere nehmen Sauerstoff auf, um ihre Stoffwechselaktivität unterstützen und beim Ausatmen wieder an das Wasser abgeben.

    Photosynthese – Algen und Cyanobakterien

    sind die Primärproduzenten in vielen Nahrungsketten, da sie organische Stoffe aus einfachen anorganischen Molekülen herstellen. Grüne Pflanzen nutzen das Sonnenlicht zur Umwandlungskohlendioxid und Wasser in organische Stoffe in Form von Glukose um. Die Pflanzen verwenden die Glukose zur Herstellung anderer Moleküle, darunter Zellulose (ein Strukturmolekül)und Stärke (ein Speichermolekül). Als Nebenprodukt der Photosynthese setzen Pflanzen auch Sauerstoffgas frei.