Fotosynthese: Lichtreaktion und Calvin-Zyklus erklärt

Die Lichtreaktionen der Fotosynthese

In den Chloroplasten der grünen Pflanzen befinden sich lichtaufnehmende Pigmente (Chlorophyll). Sie bilden die Fotosysteme 1 und 2. Durch die Energie des Sonnenlichts werden dort Elektronen energiereich gemacht und über Redoxsysteme weitergegeben. Dies geschieht in einer festgelegten Reihenfolge:

• Fotolyse des Wassers: Wassermoleküle werden in Elektronen, Protonen und Sauerstoff zerlegt. Der Sauerstoff entweicht an die Luft.
• Elektronentransport: Die Elektronen werden über die Fotosysteme 2 und 1 energiereich gemacht und gelangen schließlich zum Coenzym NADP.
• Bildung der Endprodukte: Zusammen mit den Protonen aus der Fotolyse entsteht NADPH + H⁺. Zudem wird durch den Elektronentransport ATP aus ADP und Phosphat gebildet.

Die Endprodukte der Lichtreaktionen sind somit NADPH + H⁺ (Reduktionsäquivalent) und ATP (Energieäquivalent). Diese treiben die nachfolgende Dunkelreaktion an.

Der Calvin-Zyklus (Lichtunabhängige Reaktion)

Die lichtunabhängigen Reaktionen finden im Stroma der Chloroplasten statt. Hier werden NADPH + H⁺ und ATP genutzt, um CO₂ zu Traubenzucker (Glukose) zu reduzieren.

1. Kohlenstoff-Fixierung

Das CO₂ wird durch das Enzym Rubisco an den Zucker Ribulose-1,5-diphosphat gebunden. Es entsteht ein instabiler C₆-Körper, der sofort in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerinsäure (3-PGS) zerfällt.

2. Reduktionsphase

Unter Verbrauch von NADPH + H⁺ und ATP wird 3-PGS zu 3-Phosphoglycerinaldehyd (3-PGA) reduziert. Dieser Schritt ist stark endergonisch und erfordert die Energie aus der ATP-Spaltung. Zwei dieser Triosen (3-PGA) vereinigen sich zu einer Hexose (Glukose), die in den Stoffwechsel eingeschleust wird.

3. Regenerationsphase

Damit der Zyklus kontinuierlich ablaufen kann, muss der Akzeptor Ribulose-1,5-diphosphat regeneriert werden. Aus den verbleibenden 3-PGA-Molekülen werden unter ATP-Verbrauch wieder Ribulose-1,5-diphosphate aufgebaut.