Station 13 - Photosynthese und Zitronensäurezyklus

 

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Die Photosynthese (griech. „photos“- „des Lichtes“; „synthes“-„Zusammensetzung“) begann vor 3 Milliarden Jahren und ist die Lebensgrundlage unseres heutigen Lebens! Pflanzen spenden Sauerstoff und säubern die Luft, indem sie überschüssiges Kohlenstoffdioxid über die Blätter aufnehmen. Der Zitronensäurezyklus ist eine zentrale Stelle im Stoffwechsel.

 

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Unter dem Mikroskop erkennst du in vielen Zellen von Pflanzenblättern wenige Mikrometer kleine Chloroplasten. Diese Organellen enthalten einen grünen Farbstoff, das Chlorophyll (griech. „chloros“- „grün“). Mit ihrer Hilfe kann die Pflanze, ähnlich einer Solarzelle, die Lichtenergie der Sonne nutzen. Das von Mensch und Tier ausgestoßene Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie das Wasser, das über die Wurzeln in das Blatt gelangt, werden in energiereichen Traubenzucker (Glucose) umgewandelt. Daraus kann die Pflanze Stärke aufbauen, um Energie zu speichern. Zusammen mit Mineralstoffen, die durch die Wurzeln in den Baum gelangen, können sogar die für das Leben benötigten Fette und Eiweiße zusammengesetzt werden. Pflanzen sind selbsternährende (autotrophe) Produzenten.

 

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Als „Abfallprodukt“ der Photosynthese entsteht Sauerstoff, der aus den Blättern in die Luft entweicht und uns, den heterotrophen Konsumenten, zum Atmen wieder zur Verfügung steht. Bei dieser „Zellatmung“ entsteht wieder CO2, der von den Pflanzen erneut für die Photosynthese genutzt wird. So entsteht ein ewiger Kreislauf. Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre beträgt 21%. In Gewässern sind einzellige Algen, Phytoplankton genannt, der wichtigste Produzent.

 

Für Chemie-Experten: Die Pflanze trennt Kohlenstoff und Wasserstoff jeweils vom Sauerstoff und bindet so Lichtenergie als chemische Energie:

6 CO2+6 H2O+Lichtenergie ® C6H12O6 (Glucose) +6 O2.

Die Photosynthese ist eine Redoxreaktion (Reduktions-Oxidations-Reaktion). Die Reduktion, also die Aufnahme von Elektronen, sowie die Oxidation, also die Abgabe von Elektronen, entstehen durch die chemische Reaktion mit bzw. durch den Entzug von Sauerstoff.

Die Photosynthese wird in 2 Prozesse getrennt: Bei der Lichtreaktion (Primär- oder Photoreaktion) kann die Pflanze durch die Kraft der Sonne Moleküle verändern und dadurch in diesen Molekülen Energie speichern. Bei der Dunkelreaktion (Sekundär – oder Synthesereaktion) nutzt die Pflanze diese aufgenommene Energie, um energiereiche Substanzen aufzubauen/zusammenzusetzen.

Im Zentrum von Chlorophyll steht ein Magnesium-Atom.

 

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(gemeinfrei, Quelle im Literaturverzeichnis)

 

Zitronensäurezyklus (oder Citratzyklus)

Menschen und Tiere nehmen Energie durch Nahrung in ihren Körper auf. Was aber passiert damit? Alle Lebewesen atmen Sauerstoff ein und wandeln Stoffe im Körper um. Der achtschrittige Zitronensäure-Kreislauf verarbeitet Kohlenhydrate, Fette oder Eiweiße. Dabei stellen biochemischen Reaktionen einerseits Energie durch den Abbau organischer Substanzen bereit. Gleichzeitig ist er der Ausgangspunkt für die Zusammensetzung neuer Stoffe. Es werden Moleküle zersetzt und zum Beispiel zu Fettsäuren, Cholesterin oder Aminosäure neu zusammengesetzt. Aminosäuren bilden die Grundlage für Eiweiße und Enzyme.

Der Kreislauf ist mit der Atmungskette verbunden und stellt Energie bereit, damit ein Molekül namens „ADP“ einen Phosphat-Rest zusätzlich in seine Struktur mit aufnimmt und so zu „ATP“ wird. Dies ist ein Energieträgermolekül. Die Energie kann an anderer Stelle genutzt werden. Die Lebewesen stoßen als „Abfallprodukt“ CO2 aus.

Wieder erscheint uns die Natur wie ein großes Wunder.