Photosynthese und Zellatmung: Prozesse und Faktoren

Photosynthese: Der Prozess der Energieumwandlung

Die Photosynthese ist ein einzigartiger Prozess der Pflanzen, die Chlorophyll enthalten. Dabei werden einfache Stoffe wie Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) in komplexere Stoffe wie Kohlenhydrate umgewandelt.

Chlorophyll

Chlorophyll ist ein grünes Pigment, das Strahlung absorbiert und in Farben wie Blau, Violett und Rot reflektiert. Es gibt vier Typen von Chlorophyll (a, b, c und d) mit leichten chemischen Veränderungen in ihrer Formel.

Chloroplasten

Chloroplasten sind zytoplasmatische Organellen, die durch polymembranöse Strukturen gebildet werden. Sie enthalten Bereiche, die als Grana (im Originaltext als „Scarlet“ bezeichnet) bekannt sind; dort finden die Reaktionen der Lichtphase statt. Es gibt zudem das sogenannte Stroma (im Originaltext als „Estron“ bezeichnet), in dem enzymatische Reaktionen durchgeführt werden.

Faktoren, welche die Photosynthese beeinflussen

• 1) Licht: Es ist ein entscheidender Faktor in diesem Prozess, da es die Reaktion verlangsamen oder beschleunigen kann. Diese Energie wird durch eine Reihe von Strahlungen mit unterschiedlichen Wellenlängen gebildet. Das Lichtspektrum umfasst Farben wie Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Die gelben und grünen Strahlen werden von den Pflanzen absorbiert, da sie die entsprechende Wellenlänge und Energieerzeugung besitzen.
• 2) Einfluss der Temperatur: Sie beeinflusst die Geschwindigkeit der Reaktion. Wärmere Temperaturen beschleunigen den Prozess im Bereich von 10 °C bis 35 °C, wobei das Optimum bei etwa 25 °C liegt.
• 3) Die Konzentration von Kohlendioxid: Pflanzen, die im Freien leben, wo der normale Gehalt von CO₂ ca. 0,04 % beträgt, betreiben eine schnellere Photosynthese. Bei einer Temperatur von 21 Grad und einer entsprechenden CO₂-Konzentration läuft die Photosynthese schneller ab.

Zellatmung (Respiration)

Die Zellatmung ist ein Prozess, bei dem Glukose in Anwesenheit von Sauerstoff verbrannt wird. Dies führt zur Bildung von Wasser und Kohlendioxid sowie zur Freisetzung großer Mengen an Energie. Dieser Prozess findet auf zellulärer Ebene in den Organellen statt, die Mitochondrien genannt werden. Er wird auch als die Oxidation von Lebensmitteln definiert, um Energie in Lebewesen zu produzieren, die im ATP gespeichert werden kann.

Die Atmungsformel

Glukose + O₂ → H₂O + CO₂ + ATP (Glukose-Formel: C₆H₁₂O₆)

Phasen der Respiration

1. Anaerobe Phase: Diese erfolgt ohne die Beteiligung von molekularem Sauerstoff außerhalb der Mitochondrien. Es gibt eine Reihe von Reaktionen unter Beteiligung von 12 Arten von Enzymen, in denen das Glukose-Molekül in zwei Moleküle Brenztraubensäure (Pyruvat) gespalten wird, unter Nutzung der durch ATP bereitgestellten Energie.
2. Aerobe Phase: Diese geschieht in der Gegenwart von molekularem Sauerstoff. In dieser Phase wird die Brenztraubensäure zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut, wobei große Mengen an Energie frei werden.

Der Weg des CO2 bei der Atmung

Das Glukosemolekül wird durch einen Prozess namens Glykolyse in zwei Moleküle aus drei Kohlenstoffatomen (C) unterteilt, die Brenztraubensäure genannt werden. Jedes Molekül dieser Säure verliert ein Molekül CO₂ und wird zu einer Verbindung mit zwei C-Atomen, der sogenannten Essigsäure.

Krebs-Zyklus (Zitronensäure-Zyklus)

Ein Kohlenstoffatom wird von der Zitronensäure getrennt, wodurch eine Säure mit fünf C-Atomen und ein Molekül Kohlendioxid entstehen. Es folgt eine zweite Trennung, die eine Verbindung mit vier Kohlenstoffatomen bildet, welche sich wieder mit Essigsäure zu Zitronensäure verbindet.