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Photosynthese und Zellatmung

Skripte
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Photosynthese

Die Zelle: Photosynthese und Zellatmung
Abb. 1: Prozesse in einem Baum, bei der Photosynthese.
Die Zelle: Photosynthese und Zellatmung
Abb. 1: Prozesse in einem Baum, bei der Photosynthese.
Immer, wenn du richtig außer Atem bist, merkst du wie wichtig sie ist: Die Luft! Genauer der Sauerstoff. Er ist lebensnotwendig für alle Lebewesen. Dabei ist sein Vorhandensein nicht selbstverständlich. Dass wir einfach mal durchatmen können, verdanken wir einem Prozess, der sich Photosynthese nennt. Das Wort "Photosynthese" stammt aus dem Griechischen. "Photos" steht für "Licht", "synthesis" kann in etwa mit "Zusammensetzung" übersetzt werden.

Dabei wird die Energie des Sonnenlichts genutzt und in Traubenzucker und Sauerstoff umgewandelt. Die Photosynthese läuft in den Chloroplasten ab. Der Traubenzucker ist die Form der Energie, den die Pflanzen speichern können. Der für uns so überlebenswichtige Sauerstoff, ist dabei für die Pflanze einfach nur ein „Abfallprodukt“.

Damit die Reaktion der Photosynthese ablaufen kann, müssen zunächst die Ausgangsstoffe der Reaktion bereit gestellt werden:

  • Wasser (H$_2$O)
  • Kohlenstoffdioxid (CO$_2$)
  • Licht
Das Wasser nehmen die Pflanzen über ihre Wurzeln aus dem Boden auf. Von den Wurzeln aus wird das Wasser durch die Sprossachse in die Blätter geleitet, denn dort läuft der Prozess der Photosynthese ab. In den Blättern befinden sich Spaltöffnungen (=Stomata), durch welche das nötige Kohlenstoffdioxid aufgenommen wird. Die Energie für den Ablauf der Reaktion liefert die Sonne.

Ablauf der Photosynthese

Die zusammengefasste, allgemeine chemische Reaktionsgleichung der Photosynthese lautet wie folgt:

$6 \text{CO}_2 + 12 \text{H}_2O \xrightarrow{Lichtenergie}\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2 + 6 \text{H}_2\text{O}$
$6 \text{CO}_2 + 12 \text{H}_2O \xrightarrow{Licht}\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2 + 6 \text{H}_2\text{O}$

Da auf beiden Seiten der Gleichung 6 Wassermoleküle stehen, kann man sie, wie in einer mathematischen Gleichung, herauskürzen, um die vereinfachte Form der Photosynthesegleichung zu erhalten:

$6 \text{CO}_2 + 6 \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{Lichtenergie}\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2$
$6 \text{CO}_2 + 6 \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{Licht}\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2$
Die Zelle: Photosynthese und Zellatmung
Abb. 2: Schematische Darstellung der Photosynthese in einem Chloroplast.
Die Zelle: Photosynthese und Zellatmung
Abb. 2: Schematische Darstellung der Photosynthese in einem Chloroplast.

Zellatmung

Um die Leistung für zu Beispiel Sport bringen zu können, braucht unser Körper Energie. Eine Form der Energie ist der Traubenzucker, auch Glucose, genannt. Diesen kennst du in Form von kleinen weißen Täfelchen, welche gerne bei Klausuren gegessen werden. In der Natur wird Traubenzucker im Prozess der Photosynthese gebildet. Sie ist die grundlegenste Form der Energie. Energiereichere Verbindungen wie Stärke, Fette oder Eiweiße, werden erst später in Pflanzen aufgebaut.
Bei der Zellatmung wird die, während der Photosynthese entstandene, Glucose in Energie umgewandelt, um sie für den Körper nutzbar zu machen. Dabei wird die Glucose oxidiert und wieder in die Ausgangsstoffe der Photosynthese aufgespalten.
$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2 \xrightarrow{Freisetzung\,\,von\,\,Energie} 6 \text{CO}_2 + 6 \text{H}_2\text{O}$
$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6 \text{O}_2 \rightarrow 6 \text{CO}_2 + 6 \text{H}_2\text{O}+\text{Energie}$
Die Oxidation ist hier stark vereinfacht. Sie läuft in mehreren Prozessen ab, bei welchen die freiwerdende Energie in der Verbindung AdenosinTriPosphat (ATP) gespeichert wird. ATP ist ein universeller Energieträger in den Zellen und wird auch als Energiewährung des Körpers bezeichnet.
Das energiereiche ATP-Molekül besteht aus Adenosin, an welchem drei Phosphatreste gebunden sind. Es wird gebildet aus der energieärmeren Verbindung AdenosinDiPoshphat (ADP), an welches unter Energieverbrauch ein weiterer Posphatrest gebunden wird.
Wird nun in einer Zelle Energie benötigt, läuft der Prozess rückwärts ab. Es wird ein Phosphatrest des ATP abgespalten und die freiwerdende Energie dem Stoffwechsel zur Verfügung gestellt. Es liegen wieder die Ausgangsstoffe vor und der Kreislauf kann von vorne beginnen! Schau dir das auch noch in Abbildung 3 einmal an.
Die Zelle: Photosynthese und Zellatmung
Abb. 3: Der Kreislauf von Photosynthese und Zellatmung
Die Zelle: Photosynthese und Zellatmung
Abb. 3: Der Kreislauf von Photosynthese und Zellatmung
Bildnachweise [nach oben]
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© 2015 – SchulLV.
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