Fotosynthese
Licht
• elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zw. 400-760 nm (sichtbares Licht)
• Licht als Wellen , Energie von Wellenlänge bzw. Frequenz bestimmt (UV höchste F ,
sichtbares Licht mittlere, IR niedrigste )
• kurzwellige Strahlung ist energiereicher als langwellige
• Licht aus allen Wellenlängen = unbunt
• 400-500 nm = blau, 500-550 nm= grün, 550-600= gelb, über 600 nm= rot
• Licht einer einzelnen Wellenlänge= monochromatisch
• Strahlung kann in Wärme umgewandelt werden, Reaktionen beschleunigen
• Strahlung kann Struktur von Molekülen zerstören, kurzwellig (Röntgen-, UV-,
Gammastrahlung) besonders gefährlich
• kann Elektronen von Molekülen anregen→ höheren Energiezustand versetzt→
reaktionsfreudig → chem. Arbeit leisten
Bedeutung
• zentrale Stoffwechselvorgang auf der Erde
• aus energiearmen, anorganischen Stoffen Kohlenstoffdioxid & Wasser bauen Pflanzen in
Chloroplasten die energiereichen organischen Verbindung Glucose auf, Nebenprodukt O2
• Energie stammt vom Sonnenlicht
• 6 H2O + 6 CO2 = 6 O2 + C6H12O6
• Pflanzen nutzen Glucose für Aufbau körpereigener Stoffe = autotrophe Organismen
• erzeugte pflanzliche Biomasse bildet Nahrungsgrundlage = heterotrophen Organismen
bauen organische Stoffe zu energiearmen anorganischen Stoffen, Kohlenstoffdioxid frei
Außenfaktoren
1) Licht
• über CO2 Aufnahme verfolgt werden, Pflanzen bauen Nährstoffe ab, sodass CO2 produziert
• Abhängigkeit der Fotosyntheseleistung von Lichtintensität → Sättigungskurve
• geringen Lichtintensität überwiegt CO2-Abgabe durch Zellatmung die fotosynthetische
CO2-Aufnahme
• Lichtkompensationspunkt= charakterisiert Lichtintensität, bei der sich CO2-Abgabe &
Aufnahme entsprechen
• apparente Fotosyntheseleistung steigt proportional zur Lichtintensität
• ab bestimmter Lichtintensität führt weitere Zunahme der Lichtintensität zu keiner Erhöhung
der Fotosyntheseleistung = Lichtsättigung
• Schattenpflanzen geringere Lichtkompensationspunkte/ niedrigere Lichtsättigung
2) Temperatur
• bei hoher Lichtintensität wird Fotosyntheserate von Temperatur bestimmt, zeigt für
enzymkatalysierte Reaktionen typische Temperaturabhängigkeit
• trägt man Fotosyntheseleistung gegen Temperatur auf , ergeben charakt. Optimumkurven
• Lage der drei Kardinalpunkte (Minimum, Optimum, Maximum): abhängig vom Standort,
Pflanzenart
• bei Starklicht steigt die Fotosynthese mit zunehmender Temperatur stark an
• wirken fotochemische Reaktionen limitierend → Temperatureinfluss gering
• bei Schwachlicht hat Erhöhung Temperatur keinen Einfluss auf Fotosynthese
3) Kohlenstoffdioxid
• Optimum der Pflanzen 0,1 Vol. %, CO2-Gehalt der Luft ca. 0,04 Vol. %
• Fotosyntheseleistung durch künstliche Begasung mit CO2 steigern
Minimumgesetz: der am weitesten vom Optimum entfernte Faktor beeinflusst Fotosyntheserate
am meisten, trotz optimaler Licht-& Temperaturverhältnisse Rate begrenzt, da zu wenig CO2
, Bau der Chloroplasten
- umschlossen von Doppelmembran
- inneren schnürt Membransäckchen, Thylakoide, ab
- im Stroma findet man einzelne Stromathylakoide
- geldrollenartige Stapel, dem Grana, aus übereinander liegenden Granathylakoiden
→ in zwei getrennte Reaktionsräume gegliedert
Äußere Membran
Innere Membran
Granathyakoide
Stromathylakoide
Stroma
Stärkekorn
Ribosomen
Lumen (Granainnenraum)
DNA
Lipid-Tropfen
Absorptionsspektrum
- in Thylakoiden befinden sich verschiedene Blattfarbstoffe
- absorbieren unterschiedlich viel Licht
- Chlorophyll a absorbiert vorwiegend im blauen & roten Bereich
- Chlorophyll b besitzt Absorptionsmaxima, die zu mittleren Wellenlängen verschoben sind
- sämtliche Pigmente zeigen nur geringe Absorption im grünen Bereich
Wirkungsspektrum
- bestrahlt lebende Pflanzen mit Licht (unterschiedl. Wellenlänge) → über gebildete
Sauerstoffmenge die Fotosyntheseleistung bestimmen → Wirkungsspektrum, bei welcher
Wellenlänge die Fotosynthese am besten läuft
Vergleich:
• nur absorbiertes Licht ist fotosynthetisch wirksam
• Chlorophyll a= zentrale Fotosynthese-Pigment
• Chlorophyll b & Carotin verringern Grünlücke, indem dort Licht absorbiere, wo
Chlorophyll a nicht absorbiert, dienen als Antennenpigmente
Engelmann´scher Bakterienversuch
- eine Fadenalge wird nicht Licht unterschiedl.
Wellenlänge bestrahlt
- zugegebene sauerstoffliebende Bakterien lagern bei
Belichtung bevorzugt da an, wo Fotosynthese der Alge
ihre Leistungsmaxima aufweist: blau-violetten &
orangen-roten Bereich des sichtbaren Lichts
Licht
• elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zw. 400-760 nm (sichtbares Licht)
• Licht als Wellen , Energie von Wellenlänge bzw. Frequenz bestimmt (UV höchste F ,
sichtbares Licht mittlere, IR niedrigste )
• kurzwellige Strahlung ist energiereicher als langwellige
• Licht aus allen Wellenlängen = unbunt
• 400-500 nm = blau, 500-550 nm= grün, 550-600= gelb, über 600 nm= rot
• Licht einer einzelnen Wellenlänge= monochromatisch
• Strahlung kann in Wärme umgewandelt werden, Reaktionen beschleunigen
• Strahlung kann Struktur von Molekülen zerstören, kurzwellig (Röntgen-, UV-,
Gammastrahlung) besonders gefährlich
• kann Elektronen von Molekülen anregen→ höheren Energiezustand versetzt→
reaktionsfreudig → chem. Arbeit leisten
Bedeutung
• zentrale Stoffwechselvorgang auf der Erde
• aus energiearmen, anorganischen Stoffen Kohlenstoffdioxid & Wasser bauen Pflanzen in
Chloroplasten die energiereichen organischen Verbindung Glucose auf, Nebenprodukt O2
• Energie stammt vom Sonnenlicht
• 6 H2O + 6 CO2 = 6 O2 + C6H12O6
• Pflanzen nutzen Glucose für Aufbau körpereigener Stoffe = autotrophe Organismen
• erzeugte pflanzliche Biomasse bildet Nahrungsgrundlage = heterotrophen Organismen
bauen organische Stoffe zu energiearmen anorganischen Stoffen, Kohlenstoffdioxid frei
Außenfaktoren
1) Licht
• über CO2 Aufnahme verfolgt werden, Pflanzen bauen Nährstoffe ab, sodass CO2 produziert
• Abhängigkeit der Fotosyntheseleistung von Lichtintensität → Sättigungskurve
• geringen Lichtintensität überwiegt CO2-Abgabe durch Zellatmung die fotosynthetische
CO2-Aufnahme
• Lichtkompensationspunkt= charakterisiert Lichtintensität, bei der sich CO2-Abgabe &
Aufnahme entsprechen
• apparente Fotosyntheseleistung steigt proportional zur Lichtintensität
• ab bestimmter Lichtintensität führt weitere Zunahme der Lichtintensität zu keiner Erhöhung
der Fotosyntheseleistung = Lichtsättigung
• Schattenpflanzen geringere Lichtkompensationspunkte/ niedrigere Lichtsättigung
2) Temperatur
• bei hoher Lichtintensität wird Fotosyntheserate von Temperatur bestimmt, zeigt für
enzymkatalysierte Reaktionen typische Temperaturabhängigkeit
• trägt man Fotosyntheseleistung gegen Temperatur auf , ergeben charakt. Optimumkurven
• Lage der drei Kardinalpunkte (Minimum, Optimum, Maximum): abhängig vom Standort,
Pflanzenart
• bei Starklicht steigt die Fotosynthese mit zunehmender Temperatur stark an
• wirken fotochemische Reaktionen limitierend → Temperatureinfluss gering
• bei Schwachlicht hat Erhöhung Temperatur keinen Einfluss auf Fotosynthese
3) Kohlenstoffdioxid
• Optimum der Pflanzen 0,1 Vol. %, CO2-Gehalt der Luft ca. 0,04 Vol. %
• Fotosyntheseleistung durch künstliche Begasung mit CO2 steigern
Minimumgesetz: der am weitesten vom Optimum entfernte Faktor beeinflusst Fotosyntheserate
am meisten, trotz optimaler Licht-& Temperaturverhältnisse Rate begrenzt, da zu wenig CO2
, Bau der Chloroplasten
- umschlossen von Doppelmembran
- inneren schnürt Membransäckchen, Thylakoide, ab
- im Stroma findet man einzelne Stromathylakoide
- geldrollenartige Stapel, dem Grana, aus übereinander liegenden Granathylakoiden
→ in zwei getrennte Reaktionsräume gegliedert
Äußere Membran
Innere Membran
Granathyakoide
Stromathylakoide
Stroma
Stärkekorn
Ribosomen
Lumen (Granainnenraum)
DNA
Lipid-Tropfen
Absorptionsspektrum
- in Thylakoiden befinden sich verschiedene Blattfarbstoffe
- absorbieren unterschiedlich viel Licht
- Chlorophyll a absorbiert vorwiegend im blauen & roten Bereich
- Chlorophyll b besitzt Absorptionsmaxima, die zu mittleren Wellenlängen verschoben sind
- sämtliche Pigmente zeigen nur geringe Absorption im grünen Bereich
Wirkungsspektrum
- bestrahlt lebende Pflanzen mit Licht (unterschiedl. Wellenlänge) → über gebildete
Sauerstoffmenge die Fotosyntheseleistung bestimmen → Wirkungsspektrum, bei welcher
Wellenlänge die Fotosynthese am besten läuft
Vergleich:
• nur absorbiertes Licht ist fotosynthetisch wirksam
• Chlorophyll a= zentrale Fotosynthese-Pigment
• Chlorophyll b & Carotin verringern Grünlücke, indem dort Licht absorbiere, wo
Chlorophyll a nicht absorbiert, dienen als Antennenpigmente
Engelmann´scher Bakterienversuch
- eine Fadenalge wird nicht Licht unterschiedl.
Wellenlänge bestrahlt
- zugegebene sauerstoffliebende Bakterien lagern bei
Belichtung bevorzugt da an, wo Fotosynthese der Alge
ihre Leistungsmaxima aufweist: blau-violetten &
orangen-roten Bereich des sichtbaren Lichts
