Der Chloroplast
Chloroplasten: Schauplätze der Photosynthese
Die Photosynthese, der Prozess, bei dem die Energie des Sonnenlichts in “Nahrung“ umgewandelt wird, ist in zwei grundlegende Reaktionsgruppen unterteilt, die als Lichtreaktionen und als Calvin-Zyklus bekannt sind, der Kohlendioxid verwendet. Wenn Sie die Details in anderen Konzepten studieren, beziehen Sie sich häufig auf die chemische Gleichung der Photosynthese: 6CO2 + 6H2O + Lichtenergie → C6H12O6 + 6O2. Die Photosynthese findet im Chloroplasten statt, einem Organell, das nur in Pflanzenzellen vorkommt.
Wenn du ein einzelnes Blatt des Winterjasmin unter dem Mikroskop betrachtest, wirst du in jeder Zelle Dutzende von kleinen grünen Ovalen sehen. Dabei handelt es sich um Chloroplasten, die Organellen, die in Pflanzen und Algen die Photosynthese betreiben. Chloroplasten ähneln einigen Arten von Bakterien und enthalten sogar ihre eigene zirkuläre DNA und Ribosomen. Die Endosymbiontentheorie besagt, dass Chloroplasten einst unabhängig lebende Bakterien (Prokaryoten) waren. Wenn wir also sagen, dass die Photosynthese in Chloroplasten stattfindet, sprechen wir nicht nur von den Organellen in Pflanzen und Algen, sondern auch von einigen Bakterien – mit anderen Worten, von praktisch allen photosynthetischen Autotrophen.
Hochleistungsmikroskopische Aufnahme des oberen Teils eines Winterjasminblattes. Unter dem Mikroskop sind viele grüne Chloroplasten zu sehen.
Jeder Chloroplast enthält ordentliche Stapel, die Grana (Singular, granum) genannt werden. Die Grana bestehen aus sackartigen Membranen, den sogenannten Thylakoidmembranen. Diese Membranen enthalten Photosysteme, d. h. Molekülgruppen, zu denen auch Chlorophyll, ein grünes Pigment, gehört. Die Lichtreaktionen der Photosynthese finden in den Thylakoidmembranen statt. Das Stroma ist der Raum außerhalb der Thylakoidmembranen, wie in der Abbildung unten dargestellt. Hier laufen die Reaktionen des Calvin-Zyklus ab. Neben den Enzymen sind zwei grundlegende Arten von Molekülen – Pigmente und Elektronenüberträger – die Hauptakteure in diesem Prozess und befinden sich ebenfalls in den Thylakoidmembranen.
Eine Videotour durch einen Chloroplasten finden Sie in der Encyclopedia Britannica: Chloroplast:www.britannica.com/EBchecked/…in-plant-cells.
Ein Chloroplast besteht aus Thylakoidmembranen, die von einem Stroma umgeben sind. Die Thylakoidmembranen enthalten Moleküle des grünen Farbstoffs Chlorophyll.
Elektronenträgermoleküle sind meist in Elektronentransportketten (ETCs) angeordnet. Diese nehmen in kleinen Schritten energiereiche Elektronen auf und geben sie weiter (Abbildung unten). Auf diese Weise erzeugen sie ATP und NADPH, die chemische Energie zwischenspeichern. Elektronen in Transportketten verhalten sich ähnlich wie ein Ball, der eine Treppe hinunterhüpft – bei jedem Aufprall geht ein wenig Energie verloren. Die bei jedem Schritt in einer Elektronentransportkette „verlorene“ Energie verrichtet jedoch ein wenig Arbeit, die schließlich zur Synthese von ATP führt.
Diese Abbildung zeigt die Lichtreaktionen der Photosynthese. Diese Stufe der Photosynthese beginnt mit dem Photosystem II (so genannt, weil es nach dem Photosystem I entdeckt wurde). Finde die beiden Elektronen (2 e-) im Photosystem II und verfolge sie durch die Elektronentransportkette (auch Elektronentransferkette genannt) bis zur Bildung von NADPH. Woher kommen die Wasserstoffionen (H+), die zur Bildung von ATP beitragen?