Stoffwechsel und Photosynthese: Grundlagen einfach erklärt
Grundlagen des Stoffwechsels
Der Stoffwechsel bezeichnet die Gesamtheit aller Ab- und Synthesereaktionen, die mit einem ständigen Austausch von Materie und Energie zwischen einem lebenden System und seiner Umwelt einhergehen.
Anabolismus und Katabolismus
- Anabolismus: Die Gesamtheit der chemischen Reaktionen, bei denen komplexe Stoffe aus einfachen Stoffen unter Energieaufnahme synthetisiert werden.
- Katabolismus: Chemische Reaktionen, bei denen Moleküle unter Freisetzung von Energie abgebaut werden.
Die Rolle von ATP
Die bei Abbauprozessen freigesetzte Energie geht in der Zelle nicht verloren, sondern wird in ATP (Adenosintriphosphat) gespeichert. ATP ist ein Nukleotid, das aus einer stickstoffhaltigen Base (Adenin), einem Einfachzucker (Ribose) und drei Phosphatgruppen besteht. Es dient als universeller Energieträger, der Energie schnell und bedarfsgerecht zur Verfügung stellt.
Photosynthese bei autotrophen Organismen
Autotrophe Organismen synthetisieren komplexe Stoffe aus einfacheren Verbindungen unter Zufuhr von Energie. Dieser komplexe Prozess wird als Photosynthese bezeichnet.
Die photochemische Phase
Diese Phase findet im Membransystem der Chloroplasten statt, das aus abgeflachten Säcken, den sogenannten Thylakoiden, besteht. In den Thylakoiden befindet sich das photosynthetische Pigment Chlorophyll.
Während der photochemischen Phase wird Lichtenergie durch das Chlorophyll eingefangen. Die angeregten Elektronen gelangen auf ein höheres Energieniveau. Bei der Rückkehr in den Normalzustand geben die Moleküle überschüssige Energie ab, die zur Synthese von ATP aus ADP und anorganischem Phosphat genutzt wird.
Die biochemische Phase
Diese Phase findet im Stroma der Chloroplasten statt. Dort katalysieren Enzyme die verschiedenen Schritte der komplexen chemischen Reaktionen.
Der Calvin-Zyklus
Im Calvin-Zyklus wird eine 5-Kohlenstoff-Verbindung durch CO₂ aus der Umgebung zu einer 6-Kohlenstoff-Verbindung ergänzt. Unter Verwendung des in der photochemischen Phase gewonnenen Wasserstoffs und der in ATP gespeicherten Energie wird die Verbindung synthetisiert.
Das Molekül spaltet sich in 3-Kohlenstoff-Verbindungen auf. Ein Teil davon regeneriert die ursprüngliche 5-Kohlenstoff-Verbindung, während ein anderer Teil zur Bildung von Glukose verwendet wird – dem Endprodukt der Photosynthese.